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氦氣廣泛應(yīng)用于科研、石化、制冷、半導(dǎo)體、管道檢漏、超導(dǎo)實驗、金屬制造、深海潛水、焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等。
1、低溫冷源:利用液氦的-268.9℃的低沸點(diǎn),液氦可以用于超低溫冷卻。而超低溫冷卻技術(shù)在超導(dǎo)技術(shù)等領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用,超導(dǎo)材料需要在低溫(100K左右)中才能表現(xiàn)出超導(dǎo)特性,大多數(shù)情況下只有液氦能比較簡便地實現(xiàn)這樣的極低溫。超導(dǎo)技術(shù)在交通行業(yè)的磁懸浮列車都有較大的應(yīng)用。純度是氮?dú)獾囊粋€重要技術(shù)參數(shù),按國標(biāo)氮?dú)獾募兌确譃楣I(yè)用氮?dú)?、純氮和高純氮三級,它們的純度分別為99.5%(O2≤0.5%),99.99%(O2≤0.01%)和99.999%(O2≤0.001%)。
2、氣球充氣:由于氦氣密度遠(yuǎn)小于空氣(空氣的密度為1.29kg/m3,氦氣的密度為0.1786kg/m3),而且化學(xué)性質(zhì)極不活潑,較氫氣安全(氫氣可以在空氣中燃燒,可能會引起爆),氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體。
3、檢驗分析:儀器分析中常用的核磁分析儀的超導(dǎo)磁體需要利用液氦降溫,氣相色譜分析中氦氣常作為載氣,利用氦氣滲透性好、不可燃的特點(diǎn),氦氣還應(yīng)用于真空檢漏,如氦質(zhì)譜檢漏儀等。
4、保護(hù)氣:利用氦氣不活潑的化學(xué)性質(zhì),氦氣常用于鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護(hù)氣。
6、其他方面:氦氣可用作高真空裝置、原子核反應(yīng)堆在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進(jìn)劑的加壓氣體。氦氣還用作原子反應(yīng)堆的清洗劑,在海洋開發(fā)領(lǐng)域的呼吸用混合氣體中,氣體溫度計的填充氣等。
變壓吸附法是一種氣體吸附分離技術(shù),通過改變壓力來實現(xiàn)氣體的吸附和解吸過程。吸附分離是利用吸附劑對特定氣體吸附和解析能力上的差異進(jìn)行分離的。為了促進(jìn)這個過程的進(jìn)行,常用的有加壓法和真空法等。吸附過程具有體積相對較小、自動化程度高、操作簡單等特點(diǎn)。這就是邁斯納效應(yīng)(MeissnerEffect),這一效應(yīng)可以被利用來制造磁懸浮列車。但變壓吸附存在出氣過程不穩(wěn)定、產(chǎn)品氣純度有波動等問題。
低溫冷凝吸附法是采用制冷機(jī)為冷源的分離方法,利用氦氣沸點(diǎn)低的物理特性,達(dá)到分離氣體的目的。此種方法適用于氦氣使用量小、壓力穩(wěn)定且連續(xù)使用的工況。
氦鈉化合物2017年2月6日,中國南開大學(xué)的王慧田、周向鋒團(tuán)隊及其合作者在《Nature Chemistry》上發(fā)表了有關(guān)在高壓條件下合成氦鈉化合物——Na2He的 ,結(jié)束了氦元素?zé)o化合物的歷史,標(biāo)志著我國在稀有氣體化學(xué)領(lǐng)域走到了前沿。此前,研究人員已經(jīng)找到其他元素與氦進(jìn)行配對的方法。但一直以來,都沒有形成什么能夠穩(wěn)定存在的物質(zhì)。常見的例子就是氦與其他元素的范德華力,無需共價鍵或者離子鍵就可以存在。高純氦氣廠家看到了“大數(shù)據(jù)”所帶來的機(jī)遇,比如說在大數(shù)據(jù)的支撐下,除了具體的某個高純氦氣廠家可以根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)實施產(chǎn)品的改進(jìn)、服務(wù)的強(qiáng)化、訂單的跟進(jìn)外,還可以和相似的高純氦氣品牌進(jìn)行關(guān)聯(lián),實現(xiàn)互動營銷。在極低的溫度下,氦確實可以形成范德華力,但極其微弱,無法長久保持。
氮?dú)庠诖髿庵泻侩m多于氧氣,但是由于它的性質(zhì)不活潑,所以人們是在認(rèn)識氧氣之后才認(rèn)識氮?dú)獾?,不過它的發(fā)現(xiàn)卻早于氧氣。
1755年英國化學(xué)家布拉克(Black,J.1728-1799)發(fā)現(xiàn)碳酸氣之后不久,發(fā)現(xiàn)木炭在玻璃罩內(nèi)燃燒后所生成的碳酸氣,即使用苛k性鉀溶液吸收后仍然有較大量的空氣剩下來。
后來他的學(xué)生D·盧瑟福繼續(xù)用動物做實驗,把老鼠放進(jìn)封閉的玻璃罩里直至其死后,發(fā)現(xiàn)玻璃罩中空氣體積減少1/10;若將剩余的氣體再用苛k性鉀溶液吸收,則會繼續(xù)減少1/11的體積。
D·盧瑟福發(fā)現(xiàn)老鼠不能生存的空氣里燃燒蠟燭,仍然可以見到微弱的燭光;待蠟燭熄滅后,往其中放入少量的磷,磷仍能燃燒一會,對除掉空氣中的助燃?xì)鈦碚f,效果是好的。
把磷燃燒后剩余的氣體進(jìn)行研究,D·盧瑟福發(fā)現(xiàn)這氣體不能維持生命,具有滅火性質(zhì),也不溶于苛k性鉀溶液,因此命名為“濁氣”或“毒氣”。
在同一年,普利斯特里作類似的燃燒實驗,發(fā)現(xiàn)使1/5的空氣變?yōu)樘妓釟?,用石灰水吸收后的氣體不助燃也不助呼吸,由于他同D·盧瑟福都是深信燃素學(xué)說的,因此他們把剩下來的氣體叫做“被燃素飽和了的空氣”。