勝勉 發問時間: 科學其他:科學 · 1 0 年前

關於氦氣的運用與其特性

一般外面的氣球可以飄起來是因為裡面有填充氦氣,那該如何讓氦氣不會消失,就是讓氣球一直飄著,這樣有可能嗎?

(完全密閉的空間氦氣會自動消失嗎?)

氦氣的比重能讓多少重量的東西變輕呢?

如果我有一個12公斤的管子,兩端皆可密封,有否可能填充一定比例的氦氣使其管子減少約2~3公斤的重量呢?

如果能,那需要多少的氦氣(單位)?

另外氦氣在高溫下(40~80度的穩定度是否安全,不會爆炸之類的。

2 個解答

評分
  • 1 0 年前
    最佳解答

    氦是一種化學元素,它的化學符號是He,它的原子序數是2,是一種無色的惰性氣體,放電時他發深黃色的光。在常溫下,它是一種極輕的無色、無臭、無味的單原子分子氣體。是所有氣體中最難液化的,是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質。氦的化學性質不活潑,一般狀態下很難和其他物質發生反應。

    液態氦在溫度下降至2.18K時,性質會發生突變,粘度極小,成為一種超流體,能沿容器壁向上流動,熱傳導性為銅的800倍,成為導熱性能極佳的熱導體,其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。這種異常的液體叫做液氦II,正常的液體叫做液氦I。

    發現

    在1868年的一次日食觀測時,法國天文學家皮埃爾·詹遜首次在太陽的光譜中位於鈉的譜線附近發現了這種發出黃色譜線的物質。1895年,美國地質學家希爾布蘭德觀察到釔鈾礦放在硫酸中加熱會產生一種不能自燃、也不能助燃的氣體。他認為這種氣體可能是氮氣或氬氣,但沒有繼續研究。拉姆賽(W.Ramsay)得知後,重複了實驗,從釔鈾礦中分離出了氦,又請英國光譜專家克魯克斯幫助檢驗,首次證明了在地球上也存在這種元素。1895年3月,拉姆賽在《化學新聞》上首先發表了在地球上發現氦的簡報,同年在英國化學年會上正式宣布這一發現

    名稱由來

    在詹遜從太陽光譜中發現氦時,英人J.N.Lockyer和E.F.Frankland認為這種物質在地球上還沒有發現,因此定名為「氦」(法文為hélium,英文為helium),源自希臘語hëios,意為「太陽」。

    分佈

    氦存在於整個宇宙中,按質量計佔23%。但在自然界中主要存在於天然氣體或放射性礦石中。在地球上的放射性礦物中所含有的氦是α衰變的產物。氦在某些天然氣中含有在經濟上值得提取的量,最高可以含有7%,在美國的天然氣中氦大約有1%,在地表的空氣中每立方米含有4.6立方厘米的氦,大約佔整個體積的0.0005%,密度只有空氣的1/7.2,是除了氫以外密度最小的氣體。

    製備

    天然氣分離法:工業上,主要以含有氦的天然氣為原料,反覆進行液化分餾,然後利用活性炭進行吸附提純,得到純氦。

    合成氨法:在合成氨中,從尾氣經分離提純可得氦。

    空氣法:從液態空氣中用分餾法從氖氦混合氣中提出。

    鈾礦石法:將含氦的鈾礦石經過焙燒,分離出氣體,再經過化學方法,除去水蒸氣、氫氣和二氧化碳等雜質提純出氦。

    同位素

    主條目:氦的同位素

    現時已知的氦同位素有八種,包括氦3、氦4、氦5、氦6、氦8等,但只有氦3和氦4是穩定的,其餘的均帶有放射性。在自然界中,氦同位素中以氦4佔最多,多是從其他放射性物質的α衰變,放出氦4原子核而來。而在地球上,氦3的含量極少,它們均是由超重氫(氚)的β衰變所產生。

    用途

    He由於氦很輕,而且不易燃,因此它可用於填充飛艇、氣球、溫度計、電子管、潛水服等。也可用於原子反應爐和加速器、雷射器、火箭、冶鍊和焊接時的保護氣體,還可用來填充燈泡和霓虹燈管,也用來製造泡沫塑料。

    由於氦在血液中的溶解度很低,因此可以加到氧氣中作為潛水員的呼吸用氣體。

    液體氦的溫度接近絕對零度(-273℃),因此它在在超導研究中中用作超流體,製造超導材料。液態氦還常用做冷卻劑和製冷劑。在醫學中,用於氬氦刀以治療癌症。

    它還可以用作人造大氣層和鐳射媒體的組成部分。

    氦氣可以用於保存屍體,毛澤東水晶棺材內的氣體即為氦氣。

    對聲音的影響

    因為氦氣傳播聲音的速度差不多為空氣的三倍,所以吸入氦氣的人說話的聲音會變高頻率。這個有趣的現象使得吸入氦氣的人說話尖聲細氣,就好像舊時代的卡通人物一樣。與吸入六氟化硫後聲音變粗正好相反

    過度使用所產生的問題

    需要注意的是,如果大量吸入氦氣,會造成體內氧氣被氦取代,因而發生缺氧(呼吸反射是受體內過量二氧化碳驅動,而對缺氧並不敏感),嚴重的甚至會死亡。 另外,如果是由高壓氣瓶中直接吸入氦氣,那麼其高流速就會嚴重地破壞肺部組織。 大量而高壓的氦和氧會造成高壓緊張症狀 High pressure nervous syndrome (HPNS),不過少量的氮就能夠處理這個問題。

    參考資料: 網路
  • 1 0 年前

    「完全密閉」的空間,氦氣當然不會自然消失!

    但是一般氣球的橡皮膜表面有微小空隙,氦氣分子體積又很小,所以會慢慢滲透漏出來。如果像氣象氣球那種科學研究用的氣球,質地比較密,比較厚,保持氦氣的時間會比較久,但是終究還是會漏氣而掉下,不會一直飄著。

    氣體的浮力,要看容器的體積和壓力。如果是大氣壓力之下,氦氣的密度是0.1786kg/m3,而空氣的密度是1.2754kg/m3。根據浮力原理,用氦氣替換空氣的話,每立方公尺可以減輕1.0968公斤。所以要減輕2-3公斤的重量,需要大約2-3立方公尺。

    請注意以上不是說你把2-3立方公尺的氦氣打進管子就可以減輕2-3公斤的重量喔!是你的管子必需內部體積有這麼大,而氦氣在裏面保持一大氣壓的壓力的情況才有的。

    氦氣是穩定的惰性氣體,在40-80度的範圍不會有爆炸的危險。

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