冷知識:「氦」的孤獨

說起來,氦應該算是一種最孤獨的元素。

在元素週期表中,氦、氖、氬、氪、氙、氡六種元素很是特殊,它們都位列週期表的最右邊,都是各自週期(即週期表中的每一行)中的最後一種元素。

週期表中的每一行到此都戛然而止,只有另起一行才能延續那週而復始的循環。從這個意義上說,它們稱得上是每一週期的“終結者”。

冷知識:“氦”的孤獨

當然,它們也不是天生就願意呆在這個偏僻的角落,只不過是門捷列夫這個“總設計師”在規劃各元素的“宏偉藍圖”時,把它們分在這個拍集體照都只能得到變形的臉的最靠邊的“單元”(其實,在門捷列夫最初編制的元素週期表中並沒有這六種元素,因為當時它們還沒有被發現,門捷列夫也沒有給它們預留位置。

當19世紀末氦、氖、氬、氪、氙、氡被發現後,它們就被補充在元素週期表的最右側)。不過,讓它們“靠邊站”,卻也不是沒有道理。

元素週期表是按原子結構的週期性變化來排列的,氦、氖、氬、氪、氙、氡比較特殊的原子結構(電子層的最外層上充滿電子,化學上稱之為穩定結構),使得它們處在這個位置顯得順理成章。

就這樣,它們在週期表的一隅安家落戶,它們毫無怨言,安之若素。在別的元素互相拉幫結派,勾心鬥角時,它們卻超然物外。它們既不像氧那樣,和誰都能打得火熱;也不像碳那樣,喜歡抱團成小集體。

它們似乎天生就不愛湊熱鬧,要想讓它們和其他物質發生反應,幾乎就是“不可能的任務”。由於它們這種“特立獨行”的脾氣,化學上把這六種元素稱為“惰性元素”,把它們的單質稱為“惰性氣體”。

惰性氣體不與其他物質反應的性質,和其原子的穩定結構有著必然的聯繫,因此,惰性氣體一度被認為絕不可能形成化合物。然而,把不可能的事變成可能,永遠是科學的目的之一。

自1962年,第一個惰性氣體化合物——六氟合鉑酸氙被製取出來後,科學家陸續製得了氬、氪、氙、氡四種惰性氣體元素的化合物。當然,我們也可以大膽地預測,在不久的將來,氖的化合物也極有可能被攻克。

而氦,則依然孤獨,孑然一身。

冷知識:“氦”的孤獨

氦並不脆弱

按照大爆炸理論,在宇宙誕生的最初,氫和氦就存在了。而與此相類似的是,恆星(包括太陽)也幾乎都是由氫和氦構成的(事實上,氦元素的最初發現也來自於對太陽光譜的觀測,據此,科學家曾一度認為氦是太陽上特有的元素,當然這是錯誤的)。

太陽巨大的能量來源於其無休無止的熱核反應。那些氘和氚(氫的同位素),“享受不了生活的戰鬥的歡樂”,在極高的溫度下迫不及待地聚合在一起(即核聚變),在釋放出巨大能量的同時,也毀滅了自己。而氦,則泰然處之,即便面對上千萬度的高溫,亦自巋然不動。

氦並不孤僻

充斥於我們周圍的空氣中,就有氦的身影(確切地說,包括氦在內的惰性氣體,是空氣重要的組成部分)。

而氦,則一直與空氣中的氮氣、氧氣、二氧化碳等朝夕相處,相安無事。如果將時間倒退,幾十億年前地球的大氣圈形成時,氦(及其他惰性氣體)就已經是原始大氣的成分。

大浪淘沙,原始大氣中含量較高的氨氣、甲烷、氯化氫、硫化氫等等,歷經歲月的煎熬,早已“灰飛煙滅”。不同時期,空氣中的成分如走馬燈般變換,而氦則歷經數十億年依然不變,成為空氣中的“元老”。大隱隱於市,氦也許就是個最好的明證。

氦並不自私

擁有一個能飛上藍天的氣球,大概是每個孩子都曾有的願望。氦氣密度很小,比空氣要小得多;而由於氫氣具有可燃性,因此人們取而代之用氦氣來填充氣球。對於安全要求更高的飛艇(包括載人飛艇)等,則必須使用氦氣。

冷知識:“氦”的孤獨

氦氣的沸點很低(是已知的沸點最低的氣體),這也就意味著液態氦能提供其他物質所不能提供的超低溫,因此液氦常用於超低溫冷卻。

核磁共振技術是現代醫學常用的一種檢測手段,其中需要用到一種超導溫度很低的超導體,而只有使用液氦來製冷才能達到這樣低的溫度。

離開了氦以及低溫超導技術,現代的核磁共振技術就無從發展。當然,有鑑於氦出色的“拒人以千里之外”的本領,氦氣也常在工業生產中(如焊接、硅晶片生產)用作保護氣,用以隔絕“討厭的”氧氣帶來的干擾。

所以說,氦“雖然不好看,可是很有用,不是外表好看而沒有實用的東西”。

氦,這個佔據著元素週期表最顯眼的位置之一的元素,在無私奉獻自己的同時,一如既往地享受著自己的孤獨。


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