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液氦

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产品参数 产品用途 储装运输 注意事项 急救处理

氦在通常情况下为无色、无味的气体;熔点-272.2℃(25个大气压),沸点-268.785℃;密度0.1785克/升,临界温度-267.8℃,临界压力2.26大气压;水中溶解度8.61厘米³/千克水。氦是唯一不能在标准大气压下固化的物质。液态氦在温度下降至2.18K时(HeⅡ),性质发生突变,成为一种超流体,能沿容器壁向上流动,热传导性为铜的800倍,并变成超导体;其比热容、表面张力、压缩性都是反常的。

 

液氦在一个大气压下密度为0.125 g/mL。

 

氦有两种天然同位素:氦3、氦4,自然界中存在的氦基本上全是氦4。

 

普通液氦是一种很易流动的无色液体,其表面张力极小,折射率和气体差不多,因而不易看到它。液态4He包括性质不同的两个相,分别称为HeⅠ和HeⅡ,在两个相之间的转变温度处,液氦的密度、电容率和比热容均呈现反常的增大。两个液相HeⅠ和HeⅡ间的转变温度称为λ点,饱和蒸气压下的λ点为2.172K,压强增加时,λ点移向较低的温度,两个液相的相变曲线为一直线,称为λ线。

氦是最不活泼的元素,几乎不能和其他任何元素化合,而且极难液化。氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂等等。氦气在卫星飞船发射、导弹武器工业、低温超导研究、半导体生产等方面具有重要用途。

 

气球和飞艇

 

氦气曾被用来当做热气球和飞艇的驱动力,氦气的密度要比空气小得多,所以如果往气球和飞艇里充入氦气,气球和飞艇会冉冉升起,让我们不用坐飞机也能实现飞到空中的梦想。因为氢气和空气混合后会爆炸,所以氢气球和氢气飞艇并不安全。氢气飞艇曾经被当做大型载人飞行器使用,但是在1937年德国的“兴登堡号”飞艇在美国着陆时不慎着火爆炸之后,它就彻底退出了历史舞台。不过,热气球和热气飞艇还是比较安全的,而且飞行一次的花费也比较便宜。

 

人造空气

 

潜水员常常要使用氦气和氧气混合而成的人造空气。这是因为在水下的高压环境下,氮气会溶解在血液中,当潜水员上浮的时候压力减小,血中的氮气便纷纷逸出,形成气泡堵塞血管,使潜水员患上极为难受的“减压症”。氦气在高压下也难溶于水,所以用它来代替氮气就可以解决这个问题。不过如果我们没有氦气,我们还可以用氖气—它在高压下也难溶于水。

 

保护气

 

氦气在电焊、硅晶片生产中还可以用做保护气,它可以隔绝氧气,避免电焊工件、单质硅和氧气发生讨厌的化学反应。据美国政府有关部门统计,2000年美国消耗的所有氦气中,有18%用在了焊接上,还有16%用作其他工业的保护气。不过如果没有氦气,氩气一样可以出色地完成服务,而且还便宜得多。

 

低温超导技术

 

要说缺乏氦气最严重的后果,也无非是严重阻碍低温技术的应用,其中受到最大影响的就是低温超导技术了。现在已知所有的超导材料都要在-130℃以下的低温中才能表现出超导特性,其中应用最广泛的那几种(比如Nb3Sn)更是需要比液氢的沸点还低的转变温度,这时候只有液氦能比较简便地实现这样的极低温。虽然我们完全可以用别的办法实现同样的低温,但都不如液氦实惠。显然,假如我们没有氦,低温超导技术的普及就会受到严重的阻碍;低温超导技术如果不能普及,医院就会用不起核磁共振成像仪(它需要超导材料制造强磁场)。