[孤独专题]氦的孤独

标签: 专题:孤独 物理 rabyan 原创 孤独专题 | 发表时间:2011-08-29 21:10 | 作者:科学松鼠会 OTAKUMA
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出处:http://songshuhui.net

作者 :rabyan

说起来,氦应该算是一种最孤独的元素。

在元素周期表中,氦、氖、氩、氪、氙、氡六种元素很是特殊,它们都位列周期表的最右边,都是各自周期(即周期表中的每一行)中的最后一种元素。周期表中的每一行到此都戛然而止,只有另起一行才能延续那周而复始的循环。从这个意义上说,它们称得上是每一周期的“终结者”。

当然,它们也不是天生就愿意呆在这个偏僻的角落,只不过是门捷列夫这个“总设计师”在规划各元素的“宏伟蓝图”时,把它们分在这个拍集体照都只能得到变形的脸的最靠边的“单元”。(其实,在门捷列夫最初编制的元素周期表中并没有这六种元素,因为当时它们还没有被发现,门捷列夫也没有给它们预留位置。当19世纪末氦、氖、氩、氪、氙、氡被发现后,它们就被补充在元素周期表的最右侧)

不过,让它们“靠边站”,却也不是没有道理。元素周期表是按原子结构的周期性变化来排列的,氦、氖、氩、氪、氙、氡比较特殊的原子结构(电子层的最外层上充满电子,化学上称之为稳定结构),使得它们处在这个位置显得顺理成章。

就这样,它们在周期表的一隅安家落户,它们毫无怨言,安之若素。在别的元素互相拉帮结派,勾心斗角时,它们却超然物外。它们既不像氧那样,和谁都能打得火热;也不像碳那样,喜欢抱团成小集体。它们似乎天生就不爱凑热闹,要想让它们和其他物质发生反应,几乎就是“不可能的任务”。由于它们这种“特立独行”的脾气,化学上把这六种元素称为“惰性元素”,把它们的单质称为“惰性气体”。

惰性气体不与其他物质反应的性质,和其原子的稳定结构有着必然的联系,因此,惰性气体一度被认为绝不可能形成化合物。然而,把不可能的事变成可能,永远是科学的目的之一。自1962年,第一个惰性气体化合物——六氟合铂酸氙被制取出来后,科学家陆续制得了氩、氪、氙、氡四种惰性气体元素的化合物。当然,我们也可以大胆地预测,在不久的将来,氖的化合物也极有可能被攻克。而氦,则依然孤独,孑然一身。

氦是孤独的,但这并不表示氦很脆弱。按照大爆炸理论,在宇宙诞生的最初,氢和氦就存在了。而与此相类似的是,恒星(包括太阳)也几乎都是由氢和氦构成的。(事实上,氦元素的最初发现也来自于对太阳光谱的观测,据此,科学家曾一度认为氦是太阳上特有的元素,当然这是错误的)太阳巨大的能量来源于其无休无止的热核反应。那些氘和氚(氢的同位素),“享受不了生活的战斗的欢乐”,在极高的温度下迫不及待地聚合在一起(即核聚变),在释放出巨大能量的同时,也毁灭了自己。而氦,则泰然处之,即便面对上千万度的高温,亦自岿然不动。

氦是孤独的,但这并不表示氦很孤僻。充斥于我们周围的空气中,就有氦的身影。(确切地说,包括氦在内的惰性气体,是空气重要的组成部分)而氦,则一直与空气中的氮气、氧气、二氧化碳等朝夕相处,相安无事。如果将时间倒退,几十亿年前地球的大气圈形成时,氦(及其他惰性气体)就已经是原始大气的成分。大浪淘沙,原始大气中含量较高的氨气、甲烷、氯化氢、硫化氢等等,历经岁月的煎熬,早已“灰飞烟灭”。不同时期,空气中的成分如走马灯般变换,而氦则历经数十亿年依然不变,成为空气中的“元老”。大隐隐于市,氦也许就是个最好的明证。

氦是孤独的,但这并不表示氦很自私。拥有一个能飞上蓝天的气球,大概是每个孩子都曾有的愿望。氦气密度很小,比空气要小得多;而由于氢气具有可燃性,因此人们取而代之用氦气来填充气球。对于安全要求更高的飞艇(包括载人飞艇)等,则必须使用氦气。氦气的沸点很低(是已知的沸点最低的气体),这也就意味着液态氦能提供其他物质所不能提供的超低温,因此液氦常用于超低温冷却。核磁共振技术是现代医学常用的一种检测手段,其中需要用到一种超导温度很低的超导体,而只有使用液氦来制冷才能达到这样低的温度。离开了氦以及低温超导技术,现代的核磁共振技术就无从发展。当然,有鉴于氦出色的“拒人以千里之外”的本领,氦气也常在工业生产中(如焊接、硅晶片生产)用作保护气,用以隔绝“讨厌的”氧气带来的干扰。所以说,氦“虽然不好看,可是很有用,不是外表好看而没有实用的东西”。

氦,这个占据着元素周期表最显眼的位置之一的元素,在无私奉献自己的同时,一如既往地享受着自己的孤独。

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