克里斯•史密斯

大家好,这周我们几乎是在元素周期表的顶端,因为我们要研究比空气轻的气体,氦。但对这位化学家来说,充满氦气的浮动气球实际上是痛苦的来源,而不是快乐的来源。Peter Wothers报道。

彼得Wothers

我们都熟悉比空气轻的气体氦气,但每当我看到一个气球漂浮在绳子上,我感到有点难过。这并不是因为我是一个痛苦的老某某,而是因为,与字符串另一端的快乐孩子不同,我意识到即将永远失去的宝贵资源。

氦气球

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氦是宇宙中第二丰富的元素,但在地球上,它相当罕见。大多数人猜测我们从空气中提取氦气,但实际上我们是从地下开采氦气。在世界上的某些地方,特别是在德克萨斯州,氦是一些天然气来源的次要成分。有趣的是这些气体最初是如何进入地下的。

氦是在元素的自然放射性衰变过程中形成的而且.这些重元素在地球形成之前就已经形成了,但它们并不稳定,而且衰变非常缓慢。铀衰变的一种模式是发射阿尔法粒子。这个α粒子实际上只是氦原子的核心——它的原子核。一旦它抓住了几个电子,一个氦原子就诞生了。

氦信息图表

来源:©2019 Andy Brunning/英万博代理国皇家化学学会

英国皇家万博代理化学与复利学会用这些元素图形来庆祝国际年,这些图形将在全年发布

铀的衰变过程非常缓慢;一定数量的铀减半所需的时间,即所谓的半衰期,与地球的年龄相当。这意味着,自地球形成以来,氦一直在不断地产生。其中一些气体可能最终会穿过地球,逃逸到大气层中;幸运的是,当条件合适时,一些被困在地下,可以收获供我们使用。

在太空中情况则大不相同。太阳质量的75%是由太阳组成的还有24%的氦。剩下的百分之一由所有较重的元素组成。在太阳的高温下,氢核融合在一起,最终形成氦。在聚变过程中,较重的原子由较轻的原子组成,释放出大量的能量。在地球上重现这一过程可能是我们未来能源问题的答案。

因为氦大约占了四分之一太阳的质量在美国,100多年前在那里发现它的存在就不足为奇了。也许令人惊讶的是,氦在太空中被发现比在地球上发现早了26年。

数百年来,人们已经知道某些元素赋予火焰特有的颜色,这对我们所欣赏的彩色烟花至关重要。例如,它呈现绿色,而呈现黄色。实际上,通过仔细观察这些彩色火焰,可以识别出元素。在一种叫做分光镜的仪器上,用棱镜或衍射光栅把光分成光谱。我们看到的不是连续的彩虹色,而是一系列尖锐的彩色线条。这一系列的线条是特定元素的特征,就像一种指纹。

元素周期表- 2 -氦

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在19世纪,科学家们将他们的分光镜转向太阳,并开始在那里探测某些金属,包括钠,而且.1868年,两名天文学家詹森和洛克耶分别注意到太阳光谱中有一些非常清晰的线条,与任何已知的金属都不匹配。虽然当时的其他天文学家还不确定,但洛克耶认为这些不明的线条属于一种他命名的新金属以希腊人对太阳的拟人化命名,赫利俄斯.20多年来,地球上没有探测到金属氦的迹象,洛克耶开始因为他的神话元素而被嘲笑。然而,在1895年,化学家威廉·拉姆齐(William Ramsay)在铀的放射性矿物经酸处理后释放出的气体中发现了氦。由放射性衰变形成的氦被困在岩石中,但当岩石溶解在酸中时释放出来。

惰性气体的发现

来源:故事:Jim Ottaviani /艺术:Roger Langridge

我们的元素周期表国际年漫画系列包括氦和其他惰性气体的发现

终于,洛克耶的元素在地球上被发现了,但它不是金属,而是一种极不活泼的气体。直到今天,氦仍然是唯一一种名字以-ium后缀结尾的非金属,而这个后缀通常只用于金属。

除了用来充气气球(用于娱乐和更严肃的目的,如气象气球),氦气还用于其他用途,这取决于它独特的性质。氦很轻,但化学性质完全惰性,可以与之混合氧气为了让呼吸更轻松。这种混合物被称为heliox,可以帮助拯救有呼吸问题的新生儿,或者帮助水下潜水员安全到达海洋深处。在零下269摄氏度,液氦是所有物质中沸点最低的。正因为如此,它被用来提供超导磁体所需的低温,例如医院中大多数核磁共振扫描仪中使用的那些。

核磁共振扫描仪的照片

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核磁共振扫描仪

在许多使用氦的设施中,氦被捕获并重复使用。如果不是,它就会逃逸到空气中。但它不仅仅是在大气中积累。氦很轻,可以逃脱地球引力场的引力,永远离开我们的星球。这就是气球里氦气的命运。虽然我们有可能回收和回收我们使用和丢弃的其他元素,但当我们浪费氦时,它就永远地失去了。一百年后,当人们回首往事时,他们会难以置信地发现,我们把这种珍贵而独特的元素浪费在了派对气球上。

克里斯•史密斯

剑桥大学的彼得·沃特斯将为我们讲述二号元素氦的故事。下次我们要去18th一种颜色错误的元素。

理查德·范诺登

1787年,一种有趣的矿物从一个地方来到爱丁堡引领在阿盖尔苏纳特湖岸边的一个小村庄里。当时,人们认为这种东西是某种化合物。其他化学家,如爱丁堡的托马斯·霍普(Thomas Hope)后来用这种元素制备了许多化合物,并指出它使蜡烛的火焰燃烧成红色,而钡化合物则呈现绿色。

克里斯•史密斯

那是因为它根本不是钡,而是理查德·范·诺登将在这里向我们解释,除了其他事情之外,它是如何向我们展示罗马角斗士不是肉食者,他们实际上是素食者。那是下周的元素中的化学我希望你能加入我们。我是克里斯·史密斯,谢谢收听,再见。