氦(拼音:hai)是一种化学元素,化学符号为He,原子序数为2,原子量为4.002602u。是一种无色、无臭、无味、无毒的惰性单原子气体。它也是稀有气体族的第一个元素。其单质熔点和沸点为所有元素中最低的。继氢原子之后,氦是可观宇宙中第二轻且含量第二高的元素,在全宇宙的元素质量中大约占了24%,超过其它原子总和的12倍。它的总含量和太阳或木星内的比例十分相似。这是因为和接下来三个元素比较起来,氦-4有非常高的核结合能(每个核子中)。而它的高结合能也能解释为何它是核聚变与核衰变的产物。氦-4是宇宙中氦最主要的同位素,最广泛的来源形成于大爆炸时期。而新的氦形成于恒星内部的核聚变反应。
而液态氦则用于低温(单用氦的最大宗,占了四分之一),特别是在超导磁体的冷却中,主要的商业应用是在MRI扫描仪中。在工业上,氦气有许多用途。例如:作为加压和吹扫气体、电弧焊接时的保护气体、及参与制造晶体的化学反应过程(如制造硅晶圆时,氦气占所产生气体的一半)。日常生活中的小用途则是作为气球或飞艇上升所需的气体。与密度和空气密度不同的任何气体一样,吸入少量氦气会暂时改变人声的音调。在科研方面,氦(4He)两个流体相(He I & He II)的表现性,对于科学家在研究量子力学(特别是超流动性的性质)及观察如超导电性(产于近乎绝对零度)的现象是很重要的。
在地球上,它在大气中的浓度为5.2ppm,较为稀少。陆地上大多数存在的为氦是由重放射性元素(例如钍和铀的天然放射性衰变)产生的,这种衰变会发射出由氦-4核组成的α粒子。该放射性氦被天然气捕获,其体积浓度可高达7%,而后再经过分馏的低温分离过程,以进行商业提取。先前,地球上的氦为不可再生资源,因为一旦释放到大气中,它很容易逃逸到太空,人们认为这种情况将会使氦日益短缺。然而,近来的研究指出,透过辐射衰变生成于地球深层的氦气,在某些情况下透过火山运动被释放,使得大气中能被收集的氦气量比预期的更多。
氦气的性质
氦气在所有气体中最难液化,沸点仅为4.22K,这源于氦极低的极性。同时,氦是唯一不能在标准大气压下固化的物质,也没有固-液-气三相点。基于类似的原因,氦在水中的溶解度也极小,20°C时每升水中仅能溶解8.61毫升。
液氦在温度降至2.178K(−271℃)时,性质会发生突变,粘度极小,能形成只有几个原子厚度的薄膜,发生无粘度流动,成为一种超流体,称为氦(II),正常的液氦称作氦(I)。这种氦(II)的表面张力很小,能沿容器壁向上流动,直到两边液面等高。此时的氦热传导性为铜的800倍,成为导热性能极佳的热导体。其比热容、压缩性等都是反常的。液氦的另一重要性质是能穿透许多常见材料,如PVC、橡胶与大部分玻璃,所以玻璃杜瓦瓶无法用于液氦的操作。
氦的化学性质很不活跃,一般状态下不会和其它物质反应,但目前已获得在高于113GPa压力下热力学稳定的Na2He,并且可能存在15GPa条件下结构类似的Na2HeO。