科学史·化学 | 气球里的“气”有多珍贵？

徐来

2017-10-12

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科学史·化学 | 气球里的“气”有多珍贵？

| 暖爸型转述师 | ：金北平

徐来

你平时一定玩儿过很多气球。不过这里我说的气球，可不是一般的随便往里面吹下气儿，就鼓起来的普通气球，而是充气之后，能在空气里漂浮起来的那种气球。

前阵子，我和朋友做了个挺好玩儿的实验，把巨大的，可以漂浮在空中的气球绑在一位小姐姐的身上，然后看，要绑多少个，才能让这位小姐姐直接飞上天去。当时，我们在她身上绑的是填充了氦气的气球。这个氦气真的是特别有意思，今天我就要给你讲讲氦气和氦气球。

几个氦气球。图片来源：wiki

什么是氦气?

你可能会问了，氦气球是啥？我没有听说过啊？我只知道轻气球。这里的轻气球，是指比空气轻的气球。是的，你没有看错，空气也是有重量的。实际上，我们生活在地球上，无时无刻，都有厚厚的一层空气压在我们身上，只不过我们都习惯了，所以感觉不出来有什么异样。

就好像我们把比水轻的塑料块扔到水里，塑料块会浮起来一样，如果我们把比空气轻的气体装在气球里，气球也会向上浮。这样我们就得到了一个轻气球。

这种比空气轻的气球，有的时候是用氢气来做的——注意，氢气的氢。氢是最轻的一种元素。

还有一些可以飞起来的气球，是用氦气来做的，氦是第二轻的元素。

无论是氢气还是氦气，都比空气要轻，而且要轻好多。所以，它们都能在空气当中浮起来。如果你不拉紧气球的绳子，它就会不断向上飞，飞到看也看不见的地方。

不过，实际上真的能拿来填充气球的，只有氦气。氢气是不适合拿来充气球玩儿的——这样做非常危险。因为氢气是一种非常容易燃烧的气体。如果用氢气充满了一个气球，那么在空气中只要一点点小火星子，就可以引燃这个气球，很容易把人烧伤。

上世纪二三十年代的时候，因为缺乏适用的气体，德国人曾经在飞艇当中填充氢气，并最终引发了一次严重的空中火灾——如果你有兴趣想多了解一下的话，可以上网查一查“兴登堡号事件”，我再文末也给你放了一点关于这次事件的资料。

所以，玩气球的时候一定要注意一下。要问清楚气球里充的是什么气体，避免购买填充了氢气的气球，即使购买了，也务必让它远离火源。

氦的谱线（无色气体，高压电场下发橙红色光）。图片来源：wiki

什么是超流体？

虽然氢气是最轻的气体，但氦气有一个特性是氢气比不了的，那就是如果要气体变成液体，那么氦气所需要的温度，要比氢气低出10好几度。实际上，液体氦气是地球上所有物质中温度最低的。

也许你要问了，气体就是气体啊，怎么能变成液体呢？其实，无论是气体，还是液体，还是固体，说到底都是一个温度有多高的问题。

就比如水吧，水一般情况下是液体，如果天气很冷，一结冰，水就变成了固体，如果温度高一点儿，比如把水烧开，水就变成了气体，咕嘟咕嘟飞到天上去了。

其他物质也是这样，无论是氢气还是氦气，它们平时都是气体，但是如果温度低到一定程度，就会变成水一样的液体，温度再降下去，就会变成冰那样的固体。

因为液体的氦能保持非常非常低的温度，所以，有些需要在低温下才能做的实验，必须要用到液体的氦。

液体的氦，还有一个非常有意思的现象。

咱们一般的液体，比如水，当它和其他物体的表面接触的时候，会有一个贴着那个表面向上爬的倾向。比如我们在玻璃杯子里倒水。等杯子里的水面平稳了之后，你再从侧面去看，会发现，贴着杯子壁的地方，水的位置比靠近杯子中心的地方要高。水好像被杯子的壁吸上去了一点儿。

这是因为，水本来就有被杯壁吸住往上走的一个倾向，但同时，水的内部，自己有摩擦力，又阻止它往上爬得更多。但液体的氦，情况就不是这样了，沿着杯壁往上走的倾向，它有，但内部的摩擦力，它没有。所以，只有往上走的趋势，没有人往回给它拉住，这么一来，液氦就会不停地往上爬，一直爬到杯子的口上，然后翻过杯口，从杯子的另一侧流下去——没有哪个杯子能拦住液氦。科学家管这种现象叫做“超流体”。 

超流体现象。图片来源：wiki

↑图中是处于超流相的液氦，它会在杯身内面向上缓慢攀爬，攀越过杯口，然后在杯身外面向下缓慢滑落，集结在一起，形成一滴液氦珠，最后滴落在下面的液氦里。这样，液氦会一滴一滴的滴落，直到杯子完全流空为止。

氦气到底有多珍贵?

在我们所处的这个宇宙里，氦是第二多的元素，仅次于氢。但奇怪的是，地球上却很少有氦。虽然太阳也在源源不断地向外面喷射氦，但却几乎无法到达咱们地球上。因为，地球有一个强大的磁场，还有厚厚的大气，它们把氦阻拦在外面了。

那地球上的氦是哪儿来的呢？

其实，地球上的氦是通过地球上一些物质在自然界中自然发生的化学反应而得来的。这个反应有点儿复杂，一两句说不清楚，总之，你只要记住，这种反应在地球上并不多。由此生成的氦，常常和天然气出现在一起，所以，人们在开采某些天然气的时候，可以得到氦。这样得到的氦气，主要存放在美国。

博物学家养成记

现在，氦气的价格还算挺便宜的，所以我们能比较容易得到氦气，制作成气球，或者其他什么东西，拿来玩儿。但是，也有一些科学家担心，如果我们就这样玩儿氦气，有可能会在比较短的时间内，把地球上的氦气都用掉。这样一来，等科学家们要做实验的时候，可就没有氦气用啦。

当然，也有一些科学家认为，其实我们还是有一些其他的方法，可以来得到氦气的，所以在这个方面，也不用太过担心。

你呢，你怎么看待这个问题呢？在留言区发表一下你的看法吧。

今天我们学习了4个知识点：

空气是有重量的。其他气体也有重量，如果比空气轻，那么由它填充的气球就会漂浮起来；

氢比空气轻，但是氢气不适合填充气球，因为它很容易燃烧。

氦是世界上最难变成液体的气体。液体氦的温度非常低，是科学家做一些特定实验时不可或缺的材料。液态的氦也具有“超流体”的特性，能翻越杯壁，跑到杯子外面来；

氦在地球上储量很少，几乎所有的氦气储备都存放在美国。一些科学家担心，滥用氦气有可能会影响科研进展。

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延伸阅读：

兴登堡号飞艇（LZ 129 Hindenburg），航空器注册编号为D-LZ 129，是一艘德国的大型载客硬式飞艇和兴登堡级飞艇的主导舰船。该系列是世界上最长的飞行器，并且是体积最大的飞艇型号。它由齐柏林公司（Luftschiffbau Zeppelin Gmbh）在腓特烈港的博登湖设计并建造。建成后，它由德意志齐柏林飞艇运输（Deutsche Zeppelin Reederei）于1936年3月投入运营。它在第二个飞行季中的第一次跨太平洋飞行于1937年5月6日在新泽西州曼彻斯特镇莱克湖海军航空总站上空尝试降落时爆炸烧毁。

兴登堡号得名于陆军元帅保罗·冯·兴登堡，他自1925年到他于1934年去世期间担任德国联邦大总统职位。

莱克湖海军航空总站的兴登堡号。图片来源：wiki

兴登堡号于1936年5月9日到达莱克湖，洛杉矶号在右上方停泊。图片来源：wiki

兴登堡号内部的休息室，背后的墙上印有世界地图。图片来源：wiki

兴登堡号内部的餐厅

徐来

今天，是博物学陪伴你的第 184 天，恭喜你，又收集了一个新知识！下一期我们继续研究。