国内外氦气研究现状论文

空气是种混合气体。一般的成份，有70％多的氧，有20％多的二氧，还有很多稀有气体。空气的重要作用，主要体现在它的光合作用。但作为一种重要资源理解。在工业上，空气可以液化分离，提取里面我们有用的成份，这相对于化学反应，成本要低。各种气体，可以用在各种各样的用途，就不多举例；在生活上，我们使用涂料，用空气流动可以减少涂料等待时间，用菜市场卖鱼，就是用打氧机空气搅动水，让鱼可以存活得更久。在博物馆里，常将一些贵重而稀有的画页、书卷保存在充满氮气的圆筒里，这样就能使蛀虫在氮气中被闷死。利用氮气使粮食处于休眠和缺氧状态、代谢缓慢，可取得良好的防虫、防霉和防变质效果，粮食不受污染，管理比较简单，所需费用也不高，故近年来进展较快。目前，日本和意大利等国已进入小型生产试验阶段。近年来。我国不少地区也应用氮气来保存粮食，叫做“真空充氮贮粮”，亦可用来保存水果等农副产品。 利用液氮给手术刀降温，就成为“冷刀”。医生用“冷刀”做手术，可以减少出血或不出血，手术后病人能更快康复。使用液氮为病人治疗皮肤病，效果也很好。这是因为液氮的气化温度是－195.8℃，因此，用来治疗表浅的皮肤病常常很容易使病变处的皮肤坏死、脱落。过去皮肤科常以“干冰”治疗血管瘤，用意虽然相同，但冷度远不及液氮。医治肺结核的“人工气胸术”，也是把氮气（或空气）打进肺结核病人的胸腔里，压缩有病灶的肺叶，使它得到休息。 现在，人们还利用液氮产生的低温，来保存良种家畜的精子，贮运各地，解冻后再用于人工授精。如广西省水产研究所试用液态氮保藏鲵鱼精液，获得成功。氮气还是一一种重要的化工原料，可用来制取多种化肥，炸药等等。 氮是“生命的基础”，它不仅是庄稼制造叶绿素的原料，而且是庄稼制造蛋白质的原料，据统计，全世界的庄稼，在一年之内，要从土壤里摄取四千多万吨氮。 科学家对氮气抱有很大的希望，他们认为；根瘤菌之所以有一套巧夺天工的妙法，能把空气中的氮直接捕捉下来变成氮肥。是因为它体内有一种固氮酶，这种酶就是捕捉氮气的能手，倘若我们能用化学的方法人工合成大量的固氨酶，岂不轻而易举地巧将氮气变氮肥了吗？氧气：1．供给呼吸：一般情况下，呼吸只需要空气即可。但在缺氧、低氧或无氧环境，例如：潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等时，常需使用氧气。2．支持燃烧：一般情况下，燃烧只需空气即可。但在某些需要高温、快速燃烧等特殊要求时，例如鼓风炼铁、转炉炼钢等，则需使用富氧空气或氧气。3．反应放热：氧化反应特别是燃烧反应时，放出的大量热可被利用。例如燃煤取暖、火力发电；工业上利用乙炔（C2H2）在氧气里燃烧时产生的氧炔焰来焊接或切割金属，氧炔焰能产生3000℃以上的高温。人们还利用液态氧浸渍木屑、木炭粉等多孔物质制成液氧炸药，用于开山凿石、挖沟采矿等露天工程爆破。此外，氧气（空气）也是生产硫酸、硝酸等化工产品的原料。稀有气体是氦、氖、氩、氪、氙等气体的总称。这些气体在生产和科学研究中，应用也比较广泛。由于稀有气体一般不与其他物质发生化学反应，在一些工业生产中，常常用它们作保护气。例如，用电弧焊接火箭、飞机、轮船、导弹等用的不锈钢、铝或铝合金等时，可以用氩气来隔绝空气，防止金属在高温下跟其他物质起反应。还可以把氩气和氮气混合充入灯泡里，使灯泡经久耐用。由于氦气比空气轻，又不会燃烧，现在已用它代替氢气充填气球、气艇。氦气与氧气混合制成人造空气，可供潜水员呼吸。稀有气体在电光源中有特殊的应用。在灯管里充入氖气的氖灯，通电时发出的红色光，能透过浓雾，可用作航空、航海的指示灯。在灯管里充入氩气的氩灯，通电时发出蓝紫色光；在灯管里充入氦气的氦灯，通电时发出粉红色光；在不同材质的玻璃灯管里充入不同含量的氦、氖、氩的混合气体，就能制得五光十色的霓虹灯。在灯管里充填少量的汞和氩气，灯管的内壁涂上荧光物质，通电时就能发出近似日光的可见光，所以叫日光灯。充填氙气的高压长弧灯，通电时能发出比荧光灯强几万倍的强光，因此叫做“人造小太阳”，可用于广场、体育场、飞机场等照明。氖气、氪气、氙气还可用于激光技术。二氧化碳的用途之一一般条件下，二氧化碳不支持燃烧且比空气重，将二氧化碳覆盖在燃着的物体表面，可使物体跟空气隔绝而停止燃烧，因此二氧化碳可用灭火，是常用的灭火剂。在化学工业上，二氧化碳是一种重要的原料，大量用于生产纯碱(Na2CO3)、小苏打(NaHCO3)、尿素[CO(NH2)2]、碳酸氢铵(NH4HCO3)、颜料铅白[Pb(OH)2•2PbCO3]等。在轻工业上，生产碳酸饮料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。在现代化仓库里常充入二氧化碳，防止粮食虫蛀和蔬菜腐烂，延长保存期。固态的二氧化碳即“干冰”，主要用作致冷剂，用飞机在高空喷撒“干冰”，可以使空气中水蒸气冷凝，形成人工降雨；在实验室里，“干冰”与乙醚等易挥发液体混合，可以提供－77℃C左右的低温浴。“干冰”还可以做食品速冻保鲜剂。在农业上，温室里直接施用二氧化碳作肥料，利用植物根部吸收二氧化碳，可以增进植物的光合作用。促进农作物生长，增加产量。在自然界，二氧化碳保证了绿色植物进行光合作用和海洋中浮游植物呼吸的需要。 二氧化碳的用途之二除课本里提及的二氧化碳的各种用途外，尚有下列一些用途。1．人体呼吸的有效刺激因素，它通过对人体外化学感受器的刺激，兴奋呼吸中抠。如果一个人长时间吸入纯氧，体内二氧化碳浓度过低，可导致呼吸停止。因此，临床上把5％二氧化碳与95％氧气的混合气体、应用于一氧化碳中毒、溺水、休克、碱中毒的治疗和麻醉上的应用。液态二氧化碳低温手术的用途也较广泛。2．贮藏粮食、水果、蔬菜。用二氧化碳贮藏的食品由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用，可有效地防止食品中细菌、霉菌、虫子生长，避免变质和有害健康的过氧化物产生，并能保鲜和维持食品原有的风味和营养成分。二氧化碳不会造成谷物中药物残留和大气污染。用二氧化碳通入大米仓库24h，能使99％的虫子死亡。3．作为萃取剂。国外普遍利用二氧化碳进行食品、饮料。油料、香料、药物等加工萃取。4．用二氧化碳与氢气做原料，可生产甲醇、甲烷、甲醚、聚碳酸酯等化工原料和新燃料。5 ．作为油田注入剂。可有效地驱油和提高石油的采油率。6．注入地下难于开采的煤层，使煤层气化，获得化工所需的合成气体和居间物。7．保护电弧焊接，既可避免金属表而氧化，又可使焊接速度提高大约9倍。有的科学家认为，大气中二氧化碳加倍，将使粮食平均增产超过30％，棉花增长80％以上，小麦和水稻一类作物增产36％。8．在烹饪中用发酵粉或苏打的日的是为付了产生微小的二氧化碳气泡。这些气泡使面包、糕点或发面膨胀，吃起来松软适口。在制造面包时使用酵母，其作用与此相同，只是时间长些而已。发酵粉（或碳酸氢钠）与一种酸（如从酸牛奶产生的乳酸）作用而产生二氧化碳。市售“发酵粉”中常含有固态酸，在潮湿时，它与碳酸氢钠发生作用，也产生二氧化碳

氦（Helium），最不活泼的元素，元素符号He，为稀有气体的一种。氦在通常情况下为无色、无味的气体，是唯一不能在标准大气压下固化的物质。氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂。此外，由于密度比空气小且性质稳定，氦还可以作为浮升气体。 氦的元素名来源于希腊文，原意是“太阳” 。1868年法国的杨森利用分光镜观察太阳表面，发现一条新的黄色谱线，并认为是属于太阳上的某个未知元素，故名氦。 2017年2月6日，中国南开大学的王慧田、周向锋团队及其合作者在《Nature Chemistry》上发表了有关在高压条件下合成氦钠化合物——Na₂He的论文 ，结束了氦元素无化合物的 历史 ，这标志着中国在稀有气体化学领域走向了最前端。 1868年8月18日，法国天文学家让桑赴印度观察日全食，利用分光镜观察日珥，从黑色月盘背面突出的红色火焰，看见有彩色的彩条，是太阳喷射出来的炽热的光谱。他发现一条黄色谱线，接近钠光谱总的D1和D2线。日蚀后，他同样在太阳光谱中观察到这条黄线，称为D3线。1868年10月20日，英国天文学家洛克耶也发现了这样的一条黄线。 经过进一步研究，认识到是一条不属于任何已知元素的新线，是因一种新的元素产生的，把这个新元素命名为 helium，来自希腊文helios（太阳），元素符号定为He。这是第一个在地球以外，在宇宙中发现的元素。为了纪念这件事，当时铸造一块金质纪念牌，一面雕刻着驾着四匹马战车的传说中的太阳神阿波罗（Apollo）像，另一面雕刻着詹森和洛克耶的头像，下面写着：1868年8月18日太阳突出物分析。在詹逊从太阳光谱中发现氦时，英人J. N. Lockyer和E. F. Frankland认为这种物质在地球上还没有发现，因此定名为“氦”（法文为hélium，英文为helium），源自希腊语ήλιος，意为“太阳”。 过了20多年后，拉姆赛在研究钇铀矿时发现了一种神秘的气体。由于他研究了这种气体的光谱，发现可能是詹森和洛克耶发现的那条黄线D3线。但由于他没有仪器测定谱线在光谱中的位置，他只有求助于当时最优秀的光谱学家之一的伦敦物理学家克鲁克斯。克鲁克斯证明了，这种气体就是氦。这样氦在地球上也被发现了。 在二十世纪初的几十年里，世界各国都在寻找氦气资源，在当时主要是为了充飞艇。但是到了二十一世纪，氦不仅用在飞行上，尖端科学研究，现代化工业技术，都离不开氦，而且用的常常是液态的氦，而不是气态的氦。液态氦把人们引到一个新的领域——低温世界。 英国物理学家杜瓦（Dewar）在1898年首先得到了液态氢。就在同一年，荷兰的物理学家卡美林·奥涅斯也得到了液态氢。液态氢的沸点是零下253 ，在这样低的温度下，其他各种气体不仅变成液体，而且都变成了固体。只有氦是最后一个不肯变成液体的气体。包括杜瓦和卡美林·奥涅斯在内的科学家们和决心把氦气也变成液体。 1908年7月13日晚，荷兰物理学家卡美林·奥涅斯（Heike Kamerlingh Onnes昂纳斯）和他的助手们在著名的莱顿实验室取得成功，氦气变成了液体。他第一次得到了320立方厘米的液态氦。 要得到液态氦，必须先把氦气压缩并且冷却到液态空气的温度，然后让它膨胀，使温度进一步下降，氦气就变成了液体。液态氦是一种与众不同的液体，其沸点为零下269 。在这样低的温度下，氢也变成了固体，与空气接触时，空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。 1934年，在英国卢瑟福那里学习的前苏联科学家卡比查发明了新型的液氦机，每小时可以制造4升液态氦。以后，液态氦才在各国的实验室中得到广泛的研究和应用。 含量分布 编辑 语音 氦存在于整个宇宙中，按质量计占23%，仅次于氢。但在自然界中主要存在于天然气体或放射性矿石中。在地球的大气层中，氦的浓度十分低，只有5.2万分之一。在地球上的放射性矿物中所含有的氦是α衰变的产物。氦在某些天然气中含有在经济上值得提取的量，最高可以含有7%，在美国的天然气中氦大约有1%，在地表的空气中每立方米含有4.6立方厘米的氦，大约占整个体积的0.0005%，密度只有空气的7.2分之一，是除了氢以外密度最小的气体。 地球上的氦主要是放射性元素衰变的产物，α粒子就是氦的原子核。在工业中可由含氦达7%的天然气中提取。也可由液态空气中用分馏法从氦氖混合气体中制得。 物理性质 编辑 语音 基本信息 氦的原子光谱 元素符号He，原子序数2，原子量4.002602（氦-4），为稀有气体的一种。元素名来源于希腊文，原意是“太阳”。 通电发光后的氦气 氦有两种天然同位素：氦-3、氦-4，自然界中存在的氦基本上是氦-4。相对原子质量为4.003。1868年有人利用分光镜观察太阳表面，发现一条新的黄色谱线，并认为是属于太阳上的某个未知元素，故名氦。氦在空气中的含量为0.0005%。 氦在通常情况下为无色、无味的气体；熔点-272.2 （25个大气压），沸点-268.9 ；密度0.1785g/L，临界温度-267.8 ，临界压力2.26大气压；水中溶解度8.61厘米³/千克水。 氦是惰性元素之一，分子式为He，是一种稀有气体，无色、无臭、无味。它在水中的溶解度是已知气体中最小的，也是除氢气以外密度最小的气体。密度0.17847g/L，熔点-272.2 （25个大气压）。沸点-268.9 。它是最难液化的一种气体，其临界温度为-267.9 。临界压力为2.25大气压。当液化后温度降到-270.98 以下时，具有表面张力很小，导热性很强，几乎不呈现任何粘滞性。液体氦可以用来得到接近绝对零度（-273.15 ）的低温。化学性质十分不活泼，既不能燃烧，也不能助燃。氦也是最难液化的气体。 氦在通常情况下为无色、无味的气体。是唯一不能在标准大气压下固化的物质。液态氦在温度下降至2.18K时，性质发生突变，成为一种超流体，能沿容器壁向上流动，热传导性为铜的800倍，并变成超导体；其比热容、表面张力、压缩性都是反常的。 由于液氦的超低温，在此温度下出现了许多奇妙的物理现象。许多重要的物理实验，都要在低温下进行。世界各国的物理学家都在研究液态氦，希望通过液态氦达到更低的温度，研究各种物质在低温下会发生什么变化，会有什么我们还不知道的性质。这就产生了物理学的一个新的分支——低温物理学。

全球氦气存储量

2021年全球氦气存储量总计约120.24亿立方米，其中美国的存储量最大，达到85亿立方米。阿尔及利亚和俄罗斯分别有18亿立方米和17亿立方米的氦气存储量。波兰还有少量的氦气存储量。

全球氦气产量达1.6亿立方米

从产量看，2021年全球氦气产量约为1.6亿立方米，较2020年的1.52亿立方米增长约5.26%，但是依然低于2019年的产量水平。

全球年氦气需求在1.9亿立方米左右

根据中国工业气体协会统计，2017-2020年全球氦气需求量较为稳定，基本在1.87-1.95亿立方米之间。2020年全球氦气需求量1.94亿立方米，受疫情影响较2019年下降0.51%。初步统计，2021年全球氦气需求在2.04亿立方米左右。

中国氦气产量持续增长

根据中国工业气体工业协会数据，2016-2020年中国氦气产量持续增长，2020年达到53万立方米，较2016年的产量增加了25万立方米。初步统计，2021年中国氦气产量在55万立方米左右。

中国氦气消费量在1800万立方米以上

2016-2021年中国氦气销费量均在1800万立方米以上。从产销量上看，中国氦气自有产量远远不足，十分依赖进口。中国氦气主要进口地包含卡塔尔、美国、澳大利亚等。

—— 更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国稀有气体行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》