氦气的化学式

氦气元素周期表中0族元素中的稀有气体，原子量4.003g/mol，是无色、无味的惰性气体。氦气是所有气体中最难液化的气体，其临界温度－267.9℃，临界压力约0.225MPa（2.25atm）。熔点-272.2℃（约2.6MPa）。

氦气的化学式：

He

氦气的物质结构：

1、氦气为单原子气体，氦原子即为氦分子。有两套能级，一套能级是单层的，另一套能级是三层的。光谱实验中观测到的两套光谱线系，是由两套能级各自的跃迁产生的。实验中未发现两套能级之间的光谱跃迁。人们曾据此认为有两种氦，谱线有复杂结构的被称为正氦，谱线是单线结构的被称为仲氦。

2、三重态的能级比相应的单重态的能级低。例如23S1态的能量比21S0态的低0.796eV。n=1的原子态不存在三重态。

3、激发态23S1和21S0的寿命都很长，称为亚稳态，如21S0的寿命约为19.5ms。处在这两个状态的氮原子通过辐射跃迁回到基态的概率很小。另外，氦的基态11S0与第一激发态23S1之间能量相差很大（相对氢原子而言），有19.77电子伏；电离能也是所有元素中最大的，有24.58电子伏。

氦气的物化性质：

1、氦气为无色、无味、无臭的惰性气体，其化学结构稳定，不与其他物质发生化学反应。不可燃，也不助燃。是一种室息剂。沸点-268.9℃临界温度-267.9℃，临界压力227kPa。

2、液氦是一种流动性极好的液体，无色，表面张力极小,仅1.3×10N/cm，折射率1.02。氦不存在三相点，单独降温不能固化，只有在降温的同时加压至2.5MPa以上才能获得固体氦。在2.19K时，液氦的密度、比热、导热系数等物理性质均发生突变，产生“超流动性”，使液氦能迅速通过直径小于10cm的毛细管。

氦气的制备方法：

1、空分法

由于空气中约含有5.24X10-6的氨气，在大型深冷空分装置中通过分离生产氧、氮或氩等后可副产纯氨。包括三个步骤：粗氖氦混合气的提取、纯氖氦混合气的制备和氛氨分离制备纯氦。其中，氖氦分离是以液氖为冷源、2.5MPa压力和接近氖沸点温度下，使氖氦混合气中大部分氖冷凝下来，再在低于77K温度下，用活性炭去除残余的氖而获得纯氦。

2、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、粗氨制取及氦的精制等工序，制得99.99%的纯氦气。

3、氢液化法

以含氦的天然气为原料的合成氨装置中，合成循环气中逐步得到浓缩，粗氦提取主要是用化学燃烧法、冻结法、甲烷洗涤吸收法和变压吸附法等脱除大部分所含的氢、氮、氩和甲烷等杂质，获得浓度50%以上的粗氦气体：而粗氦精制在工业上一般采用直接加氧燃烧法、纯氦稀释后加氧催化法除氢和低温吸附法除氢等方法获得90%以上氦气；再通过加压、冷却至77K以下脱除其中大部分杂质气体，再在低温下用活性炭吸附脱除微量氖等杂质，获得99．99％以上的纯氦。

氦气的应用领域：

1、焊接行业

在熔化极气保焊中，纯氦有时用来焊接铝、铜及其合金；也可用于其他材料的深熔焊及快速焊。氦气的重量只有空气的14%，在焊接过程中用氦气作保护，更适合仰焊位焊接和爬坡立焊，可以避免合金元素的烧损及由此产生的焊接缺陷。氦气保护焊时采用了大的焊接热输入和高的焊接速度，不仅减少了焊接变形，同时也提高了焊缝金属的力学性能。

2、冶金行业

氦气可以单独使用，也可以与其他气体混合使用。氦气的热容量高于氩气，可以获得高热烩等离子体，导热性和温度更高，可以用于冶炼难熔金属（钨、钼、锯等）和高导热金属，例如铜。

3、军事领域

氦作为火箭液体燃料的压送剂和增压剂，大量用于导弹、宇宙飞船和超音速飞机上。其次，氦还应用于氨保护电弧焊接，这在造船以及飞机、宇宙飞船、火箭和武器的制造等方面也很重要。