氦气   化学式 He
2018-09-02

基本信息

  • 中文名称

    氦气

  • 化学式

    He

  • CAS登录号

    275-187-7

  • 外观

    无色

  • 蒸发热

    20.4kJ/kg(沸点)

  • 熔点

    1.0K(0.26MPa)

  • 临界温度

    5.19K

  • 分子量

    4.003

  • 含量

    空气中的含量约为百万分之5.2

  • 英文名

    Helium

  • 沸点

    4.3K(0.1MPa)

  • 临界压力

    0.228MPa

  • 密度

    0.1786g/L(0°C、0.1MPa)

  • 类型

    稀有气体单质

  • 水溶性

    难溶于水

  • 安全性描述

    不可燃气体

折叠编辑本段基本简介

氦(旧译作氜)是一种化学元素,它的化学符号是He,它的原子序数是2,是一种无色的惰性气体,放电时发深黄色的光。在常温下,它是一种极轻的无色、无臭、无味的单原子气体。氦气是所有气体中最难液化的,是唯一不能在标准大气压下固化的物质。氦的化学性质非常不活泼,一般状态下很难和其他物质发生反应。氦是宇宙中第二最丰富的元素,在银河系占24%。

折叠编辑本段基本信息

英文名 helium

EINECS号 275-187-7[1]

化学式 He

属于稀有气体单质

由氦原子聚合而成

分子量4.003

气体密度0.1786g/L(0°C、1atm)

液态密度 125.2g/L(4.2K、100.312kPa)氦元素氦元素

比重 0.14(空气=1)

沸点 4.3K(1atm)

熔点1.0K(26atm)

临界温度5.3K

临界压力 0.228MPa

蒸发热 5.50cal/g、20.4kJ/kg(沸点)

液态与气态的体积比 699(0℃、1atm、以液态体积为1?)

无色、无味、无臭常温下为气态的惰性气体。临界温度最低,是最难液化的气体。极不活泼,不能燃烧也不助燃。进行低压放电时显深黄色。氦具有特殊的物理性质,在绝对零度时在其蒸气压下,氦不会固化。氦气化学性能稳定一般不生成化合物,在低压放电管中受激发可形成He +2 、HeH等离子及分子。在特定条件下和某些金属可形成化合物。

折叠编辑本段理化性质

折叠物理性质

高纯氦气是单原子稀有气体分子,是一种无色、无味、无毒的不燃烧的储存于气瓶中的高压气体,常温下为气态的惰性气体。压力通常有15MPa,气体密度0.1786g/L(0°C、1atm),液态密度0.1250kg/・(沸点)。临界温度最低,是最难液化的气体,极不活泼,不能燃烧,也不助燃。进行低压放电时显深黄色。氦具有特殊的物理性质,在绝对零度时,在其蒸气压下,氦不会固化。[1]

高纯氦气在不同环境中有些其他特有的物理性质见下列表:

分子量: 4.0026

熔点(2555kPa): -272.1℃

沸点(101.325kPa): -268.94℃

液体密度(4.20K,100.312kPa): 125.2kg/m

气体密度(0℃,101.325kPa): -0.1785kg/m

相对密度(气体,0℃,101.325kPa): 0.138

比容(21.1℃,101.325kPa): 6.0304m/kg[2]气液容积比(15℃,100kPa): 748L/L

临界温度: -268.0℃

临界压力: 229kPa

临界密度: 69.3kg/m

熔化热(1.2K,2555kPa): 0.0836kJ/kg

气化热(-268.926℃,101.325kPa): 20.42kJ/kg

比热容(气体,25℃,101.325kPa): Cp=5238.3J/(kg·K) Cv=3213.7J/(kg·K)

比热比(气体,25℃,101.325kPa): Cp/Cv=1.63

蒸气压(0.5K): 0.0000022kPa (2.0K): 3.17kPa (5.0K): 197.1kPa

粘度(0℃,101.325kPa): 0.01864mPa·S (液体,3.0K): 0.0033mPa·S 

表面张力(4.2K): 0.096mN/m

导热系数(0℃,101.325kPa): 0.1426W/(m·K) (液体,2.4K): 0.01883W/(m·K)

折射率(气体,0℃,101.325kPa): 1.000035

折叠化学性质

氦是单原子气体,化学性质不活泼。通常条件下不与其它元素和化合物反应。[2]

折叠编辑本段应用领域

氦气广泛应用于军工、科研、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接、光电子产品生产等。

1、低温冷源:利用液氦的-268.9℃的低沸点,液氦可以用于超低温冷却。而超低温冷却技术在超导技术等领域有较广泛的应用,超导材料需要在低温(100K左右)中才能表现出超导特性,大多数情况下只有液氦能比较简便地实现这样的极低温。超导技术在交通行业的磁悬浮列车,医疗领域的核磁共振成像设备都有较大的应用。

2、气球充气:由于氦气密度远小于空气(空气的密度为1.29kg/m3,氦气的密度为0.1786kg/m3),而且化学性质极不活泼,较氢气安全(氢气可以在空气中燃烧,可能会引起爆炸),氦气常用于飞船或广告气球中的充入气体。

3、检验分析:仪器分析中常用的核磁共振分析仪的超导磁体需要利用液氦降温,气相色谱分析中氦气常作为载气,利用氦气渗透性好、不可燃的特点,氦气还应用于真空检漏,如氦质谱检漏仪等。

4、保护气:利用氦气不活泼的化学性质,氦气常用于镁、锆、铝、钛等金属焊接的保护气。

6、其他方面:氦气可用作高真空装置、原子核反应堆在火箭、宇宙飞船上用作输送液氢、液氧等液体推进剂的加压气体。氦气还用作原子反应堆的清洗剂,在海洋开发领域的呼吸用混合气体中,气体温度计的填充气等。

折叠编辑本段基本用途

氦气氦气利用其-268.9℃的低沸点,液氦可以用于超低温冷却。在悬浮列车等领域中广受关注的超导体应用中,氦气是不可或缺的。此外,由于化学性质不活泼和轻于空气等特征,氦气常用于飞船或广告气球中的充入气体,这一用途也是众所周知的。在海洋开发领域的呼吸用混合气体中,以及医疗领域的核磁共振成像设备的超导电磁体冷却的用途中,氦气都得到广泛的应用:军工、科研、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接、光电子产品生产等。可用于低温冷源和超导技术。也可用作高真空装置、原子核反应堆、宇宙飞船等的检漏剂及镁、锆、铝、钛等金属焊接的保护气。在火箭、宇宙飞船上用作输送液氢、液氧等液体推进剂的加压气体。还用作原子反应堆的清洗剂、气体色谱分析分析的载气、气球充气、电弧焊用保护气、潜水用混合气和气体温度计的填充气。另外由于氦气渗透性好、不可燃的特点,它还应用于真空检漏行业,如氦质谱检漏仪等。

折叠编辑本段制备方法

1.冷凝法:天然气提氦在工业上采用冷凝法该法工艺包括天然气的预处理净化、粗氦制取及氦的精制等工序,制得99.99%的纯氦气。

2.空分法:一般采用分凝法从空气装置中提取粗氦、氖混合气,由粗氦、氖混合气制纯氦、氖混合气经分离及纯化,制得99.99%的纯氦气。

3.氢液化法:工业上采用氢液化法从合成氨尾气中提氦。该法工艺是低温吸附清除氮、精馏得到粗氦加氧催化除氢及氦的纯化,制得99.99%的纯氦气。

4.高纯氦法:将99.99%的纯氦进一步用活性炭吸附纯化制得99.9999%的高纯氦气。

折叠编辑本段注意事项

本品属不燃气体危规编号:GB 2.2类22007。UN NO.1046;IMDG CODE 2144页,2.2类。(压缩的)GB 2.2类22008。UN NO.1963;IMDG CODE 2144页2.2类。(液化的)。氦气为惰性气体,高浓度时可使氧分压降低而有窒息危险。当空气中氦浓度增高时患者先出现呼吸加快、注意力不集中、共济失调;继之出现疲倦无力、烦躁不安、恶心、呕吐、昏迷、抽搐,以致死亡。液体氦与皮肤接触能引起严重冻伤。用6m3钢瓶或2L玻璃瓶包装。玻璃瓶外加木箱或纸箱保护。贮存于阴凉、干燥的库房中。可按普通货物运输。装卸时轻拿轻放,防止包装破损。失火时可用水和各种灭火器扑救。

折叠编辑本段国内现状

氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一。含氦天然气迄今仍是工业化生产氦气的唯一来源。我国氦气资源相当贫乏,含量很低,提取难度大,成本高。因此,在保护有限氦气资源的同时,研究开发先进的天然气提氦技术对于提高氦气生产的经济性、保障国家用氦安全和促进我国天然气提氦工业的发展具有重要意义。通过对提氦技术的分析介绍,低温冷凝法较为成熟,但能耗、成本较高;吸附法、吸收法和膜渗透法等其他提氦技术各具特点,但限于适用条件尚不能规模化工业应用。随着新材料、新技术的发展,天然气提氦技术不断改进创新,吸附法、膜渗透法等提氦工艺发展迅速,联产法、联合法工艺有着良好的应用前景,这些都为促进天然气提氦技术的发展提供了新的思路。

折叠编辑本段氦气纯度

折叠工业氦

项目名称指标

氦气纯度:≥99%

氖(氢)、氧(氩)、氮、甲烷总含量,%≤1

水分含量,露点,≤-43℃

折叠纯氦

项目名称指标

优等品一等品合格品

氦气纯度,%≥99.99599.99399.99

氖含量,ppm≤152540

氢含量,ppm≤357

氧(氩)含量,ppm≤355

氮含量,ppm≤101725

一氧化碳,ppm≤111

二氧化碳,ppm≤111

甲烷量,ppm≤111

水分含量,ppm≤101520

折叠高纯氦气

氦气纯度>99.999%,

杂质含量(ppm):

O2≤0.5,

N2≤1.0,

CO≤0.5,

CO2≤0.5,

CH4≤0.5,

H2O≤0.5,

Ne≤8.0;

折叠超纯氦气

氦气纯度>99.9999%,

杂质含量(ppm):

N2≤0.5,

O2≤0.5,

Ne≤0.5,

CO≤0.1,

CO2≤0.1,

THC≤0.1,

H2O≤0.2;

安全信息

  • 危险类别:2.2

  • 海关编码:2804290000

  • 危险品运输编码:UN 1046

  • WGK Germany:3

  • 危险类别码:R9

  • RTECS号:MH6520000