氦气 | 7440-59-7

• 物质功能分类: 无机化工 - 氢、氮、氧等工业气体
• 分子结构分类: 无机化合物 - 均质非金属化合物 - 均质惰性气体
• 中文名称: 氦气
• 中文别名: 高纯氦；氦
• 英文名称: helium
• CAS: 7440-59-7
• 化学式: He
• 分子量: 4.0026
• InChiKey: SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N

物化性质

• 熔点：
  -272.2 °C(lit.)
• 沸点：
  -268.934 °C(lit.)
• 密度：
  0.1785（0℃）
• 蒸气密度：
  0.14 (vs air)
• 溶解度：
  微溶于H2O；不溶于乙醇
• 介电常数：
  1.0（-269℃）
• LogP：
  0.280
• 物理描述：
  Helium appears as a colorless, odorless, noncombustible gas. Can asphyxiate. Inhalation causes the voice to become squeaky (Mickey Mouse voice). Exposure of the container to prolonged heat or fire can cause it to rupture violently and rocket. If liquefied, contact of the very cold liquid with water causes violent boiling. Pressures may build to dangerous levels if the liquid contacts water in a closed container. Used in arc welding, to trace leaks in refrigeration and other closed systems and as a lifting gas for lighter-than-air aircraft.
• 颜色/状态：
  Colorless gas
• 气味：
  Odorless
• 味道：
  Tasteless
• 蒸汽密度：
  Relative vapor density (air = 1): 0.14
• 稳定性/保质期：
  1. 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能形成化合物。临界温度最低，是最难液化的气体。它极不活泼，不能燃烧也不助燃。进行低压放电时显深黄色。氦还具有特殊的物理性质：在绝对零度下，其蒸气压下不会固化。 2. 氦无毒但有窒息性，在密闭空间内吸入可导致人窒息死亡。长时间吸入含氧量小于10%的空气会损伤脑组织或致死。最早的症状可能包括恶心、呕吐和哮喘；暴露在这种环境中的人无法自救或呼救。吸入纯氦气会导致立即失去知觉并迅速致命，尽管氦本身无毒但高浓度时有窒息作用。与皮肤接触时，液体氦可引起严重冻伤。 3. 稳定性：稳定 4. 聚合危害：不聚合
• 粘度：
  1.953 at 20 °C, 0.1 MPa; 1.977 at 20 °C, 20 MPa
• 燃烧热：
  0.0 J/kmol

计算性质

• 辛醇/水分配系数(LogP)：
  0.0
• 重原子数：
  1
• 可旋转键数：
  0
• 环数：
  0.0
• sp3杂化的碳原子比例：
  0.0
• 拓扑面积：
  0
• 氢给体数：
  0
• 氢受体数：
  0

ADMET

毒理性

• 暴露途径

这种物质可以通过吸入被身体吸收。

The substance can be absorbed into the body by inhalation.

来源:ILO-WHO International Chemical Safety Cards (ICSCs)

毒理性

• 吸入症状

晕眩。乏力。头痛。窒息。

Dizziness. Lethargy. Headache. Suffocation.

来源:ILO-WHO International Chemical Safety Cards (ICSCs)

毒理性

• 皮肤症状

接触液体时：冻伤。

ON CONTACT WITH LIQUID: FROSTBITE.

来源:ILO-WHO International Chemical Safety Cards (ICSCs)

毒理性

• 眼睛症状

接触液体时：冻伤。

ON CONTACT WITH LIQUID: FROSTBITE.

来源:ILO-WHO International Chemical Safety Cards (ICSCs)

毒理性

• 副作用

其他毒物 - 简单窒息剂

Other Poison - Simple Asphyxiant

来源:Haz-Map, Information on Hazardous Chemicals and Occupational Diseases

吸收、分配和排泄

• 消除途径

呼吸

Respiration

来源:DrugBank

吸收、分配和排泄

氦气在体内组织中的溶解度相当低。

Helium ... is quite insolubility in body tissues.

来源:Hazardous Substances Data Bank (HSDB)

安全信息

• 危险等级：
  2.2
• 安全说明：
  S9
• WGK Germany：
  3
• 危险类别码：
  R9
• 危险品运输编号：
  UN 1046
• RTECS号：
  MH6520000
• 海关编码：
  2804290000
• 包装等级：
  O53
• 危险类别：
  2.2
• 危险标志：
  GHS04
• 危险性描述：
  H280
• 危险性防范说明：
  P410 + P403
• 储存条件：
  1. **储存注意事项**：应将物品储存在阴凉、通风且专门用于存放非可燃气体的库房中，并远离火源和热源。库温不宜超过30℃。应与易（可）燃物分开存放，严禁混合存储。建议在储区配备泄露应急处理设备。 2. **包装标志**：氦气属于不燃气体，无腐蚀性且化学惰性，可在按设计压力的任何普通金属结构装置内安全存储。适用于液氦包装和运输的金属容器可由188不锈钢、奥氏体镍铬合金、铜、蒙乃尔、黄铜和铝制造。氦气也可存放在高压气瓶或管束拖车中；液氦则需用液氦杜瓦容器或液氦贮槽装载。 在使用液氦时，必须采取专门的防护措施：由于它极冷，氧气会冷凝在通过绝热不良管道的液氦上。因此，不允许液氦接触空气，以防产生安全风险。应确保安装有防止气体倒流入液氦设备的安全装置，并定期检查以保持出口清洁。 根据CGA规定，气态和液态氦均可采用铁路、公路及水路运输方式。对于航空运输，则限于客机装运净重70公斤以下的气瓶，货机可承运140公斤；液氦可通过货机进行运输。

SDS

第一部分：化学品名称

制备方法与用途

### 氦气概述

化学性质: 无色、无味、无臭，常温下为惰性气体。

用途: 主要用于填充气球、温度计、电子管、潜水服、原子反应堆和加速器等。此外，也可用作低温冷源和超导技术；高真空装置、原子核反应堆、宇宙飞船的检漏剂及镁、锆、铝、钛等金属焊接保护气；火箭、宇宙飞船输送液氢、液氧推进剂加压气体；原子反应堆清洗剂、气体色谱分析载气、电弧焊用保护气、潜水混合气和气体温度计填充气。

生产方法: 天然气体预处理净化得粗氦，再经液化精制而得。工业上常用冷凝法、空分法及氢液化法等。

氦气的物理性质

• 水中溶解度(g/100ml): 20℃时为0.6g。

鉴别与含量分析

• 鉴别试验: 火焰试验，将燃烧木片放入盛满氦气的直立试管中应熄灭；气相色谱试验见内容。

• 含量分析: 按气相色谱法测定。条件: 使用不锈钢柱，长6m，内径4mm充填PoraPak Q或类似材料。载气为99.99%氦，流量40ml/min。选择GC操作使标准峰信号不低于满刻度读数70%，氮和氧完全从氦中分离。

安全信息

• 毒性: GRAS (FDA)。

  • 氦气本身无毒，但高浓度下有窒息作用；液体氦与皮肤接触可引起严重冻伤。
  • 失火时可用水和各种灭火器扑救。

• 使用限量: 不作限制性规定(FDA, §184.1355, 2000)。

生产方法

• 冷凝法: 制得99.99%纯氦气，工艺包括天然气预处理净化、粗氦制取和精制等。

• 空分法: 分凝法制取纯氦氖混合气，经过分离与纯化得到99.99％的氦气。

• 氢液化法: 从合成氨尾气中提取粗氦，通过低温吸附清除氮、精馏得粗氦，并加氧催化除氢及氦的纯化。

特性分类

• 类别: 有害气体。

• 急性毒性: 仅有窒息性毒性。

• 爆炸物危险特性: 钢瓶高热可爆。

• 可燃性危险特性: 不燃；无毒；可令人窒息。

• 储运特性: 库房通风低温干燥，轻装轻卸。

• 灭火剂: 水。

反应信息

• 作为反应物：
  描述：

  氦气 以 solid 为溶剂， 生成 helium dimer
  参考文献：
  名称：

  Kopeliovich, D. B.; Parshin, A. Ya.; Pereverzev, S. V., Journal of Experimental and Theoretical Physics, 1989, vol. 69, p. 638 - 645

  摘要：

  DOI：
• 作为产物：
  描述：

  helium mercury 以 neat (no solvent) 为溶剂， 生成 氦气
  参考文献：
  名称：

  Manley, Nature, 1924, vol. 114, p. 861 - 861

  摘要：

  DOI：
• 作为试剂：
  描述：

  四乙基铅 在 氦气 、 neon 作用下， 生成 乙烷
  参考文献：
  名称：

  Paneth; Loleit, Journal of the Chemical Society, 1935, p. 370

  摘要：

  DOI：

文献信息

• Infrared spectra of N2O–4He, N2O–3He, and OCS–3He complexes
  作者：Jian Tang、A. R. W. McKellar

  DOI：10.1063/1.1493191

  日期：2002.8.8

  Infrared spectra of the weakly bound complexes N2O–4He, N2O–3He, and OCS–3He have been observed using a tunable diode laser to probe a pulsed supersonic jet expansion. The rotational structure of the bands was analyzed using a conventional asymmetric rotor Hamiltonian. The N2O–3He and OCS–3He spectra are mostly a type (ΔKa=0) in structure, with very weak b-type (ΔKa=±1) transitions, but for N2O–4He

  使用可调谐二极管激光器探测脉冲超音速射流膨胀，已观察到弱结合配合物 N2O-4He、N2O-3He 和 OCS-3He 的红外光谱。使用传统的不对称转子哈密顿量分析带的旋转结构。N2O-3He 和 OCS-3He 光谱在结构上大多是一种类型（ΔKa=0），具有非常弱的 b 型（ΔKa=±1）跃迁，但对于 N2O-4He，a 型和 b 型成分都是著名的。拟合的旋转参数与大致 T 形结构一致，N2O-He 的分子间间距约为 3.4-3.5 A，OCS-He 的分子间间距约为 3.8-3.9 A。N2O 或 OCS 轴与 He 位置之间的角度对于 N2O-He 约为 80°，对于 OCS-He 约为 65°。振动带起点与自由分子的振动带起点相比略有蓝移，N2O-He 位移 (+0. 2 cm-1) 大约是 OCS–He 位移 (+0.1 cm-1) 幅度的两倍。由于 N2O 和（尤其是）OCS
• Rare gas–iodine complexes in the ion-pair states
  作者：M.E. Akopyan、I.Yu. Novikova、S.A. Poretsky、A.M. Pravilov

  DOI：10.1016/j.chemphys.2004.11.002

  日期：2005.4

  excitation spectra in the vicinity of the optical–optical double resonance transitions to the I2(f0g+, vf = 8 and 9, Jf ≈ 55) levels have been measured at the bulb conditions for the I2 + Rg mixtures (Rg = He, Ar, Xe) at the rare gas pressures 2–20 Torr and room temperature. Luminescence attributed to the RgI2 complexes in the f0g+,F0u+andE0g+ ion-pair states has been observed for the first time. It

  发光和发光激发光谱中的光-光学双共振跃迁附近到I 2（f0g + ，v ˚F  = 8和9，Ĵ ˚F  ≈55）水平已在用于I灯泡条件被测量2  + RG混合物（Rg = He，Ar，Xe）在稀有气体压力2–20 Torr和室温下。首次观察到归因于f0g +，F0u +和E0g +离子对状态的RgI 2配合物的发光。据认为，可以通过来自RgI2（B0u +）配合物或Rg + I2（B0u +）}碰撞对的直接光激发来形成配合物。此外，RgI 2f0g +，F0u +和E0g +离子对状态的复合物可以在非绝热内部转化过程中由RgI2（f0g +）形成。该配合物具有相当长的寿命，特别是在Xe的情况下，并且以不同的离子对状态辐射地和非辐射地分解形成I 2分子。
• Hybrid Double Perovskite Containing Helium: [He₂][CaZr]F₆
  作者：Anthony J. Lloyd、Brett R. Hester、Samuel J. Baxter、Shangye Ma、Vitali B. Prakapenka、Sergey N. Tkachev、Changyong Park、Angus P. Wilkinson

  DOI：10.1021/acs.chemmater.0c04782

  日期：2021.5.11

  However, on compression in helium at room temperature, the gas is inserted into the structure to form a perovskite with helium on the A-site. This suppresses the amorphization until >3 GPa. The volume versus pressure and Raman measurements suggest that filling of the A-site, to give [He2][CaZr]F6, is complete at >1 GPa. The presence of helium on the A-site in this perovskite leads to a reduction in the

  钙钛矿具有很大的技术和地质重要性，这在很大程度上归因于它们的相当大的组成和结构灵活性。然而，在其A位上形成具有中性物种的钙钛矿非常罕见。报告了[He 2 ] [CaZr] F 6的形成，相变和性质，这是第一个要制造的含氦钙钛矿。也可能准备大量相关材料。在氖气中压缩时，负热膨胀（NTE）材料CaZrF 6在〜0.5 GPa时非晶化。但是，在室温下压缩氦气时，气体会被插入结构中，从而在A位置与氦气形成钙钛矿。这样可以抑制非晶化，直到> 3 GPa。体积与压力的关系以及拉曼测量结果表明，在> 1 GPa时，完成A位的填充即可生成[He 2 ] [CaZr] F 6。与母相CaZrF 6相比，该钙钛矿中A位置上氦的存在会导致NTE量的降低，这很可能是由于氟化物横向振动运动的空间位阻所致。氦气还会导致结构明显变硬。在室温和约2.5 GPa下，含氦杂钙钛矿的堆积模量为〜47 GPa，而CaZrF 6在环境条件下的体积模量约为40
• Synthesis of Defect Perovskites (He_2–<i>x</i>□_<i>x</i>)(CaZr)F₆ by Inserting Helium into the Negative Thermal Expansion Material CaZrF₆
  作者：Brett R. Hester、António M. dos Santos、Jamie J. Molaison、Justin C. Hancock、Angus P. Wilkinson

  DOI：10.1021/jacs.7b07860

  日期：2017.9.27

  Defect perovskites (He2-x□x)(CaZr)F6 can be prepared by inserting helium into CaZrF6 at high pressure. They can be recovered to ambient pressure at low temperature. There are no prior examples of perovskites with noble gases on the A-sites. The insertion of helium gas into CaZrF6 both elastically stiffens the material and reduces the magnitude of its negative thermal expansion. It also suppresses the

  缺陷钙钛矿 (He2-x□x)(CaZr)F6 可以通过在高压下将氦气插入 CaZrF6 中来制备。它们可以在低温下恢复到环境压力。之前没有在 A 位上含有惰性气体的钙钛矿的例子。将氦气插入 CaZrF6 既可以使材料弹性变硬，又可以降低其负热膨胀的幅度。它还抑制结构紊乱的发生，这在其他介质的压缩中可见。升温至室温时释放的气体的测量和低温下中子衍射数据的 Rietveld 分析表明，暴露于 500 MPa 的氦气会导致化学计量接近 (He1□1)(CaZr)F6。氦气在 CaZrF6 中的溶解度比石英玻璃或方石英高得多。具有 (H2)2(CaZr)F6 成分的类似物的体积储氢容量将大于美国能源部当前的目标。我们预计还可以制备其他在 A 位上具有小中性分子的杂化钙钛矿，并且它们将显示出丰富的结构化学。
• Spin-directed reaction of recoil tritium with hydrogen
  作者：John G. Hawke、Anak A. Suweda、Christopher A. Lukey

  DOI：10.1039/c39860000499

  日期：——

  In the reaction of recoil tritium, produced by the He3(n,p)T reaction, with para-H2-enriched mixtures of H2 with D2 the HT/DT ratio obtained from unmoderated systems (i.e. reaction observed in the high energy ‘hot’ region) is almost independent of the nuclear spin state of the H2; at high moderation and in the absence of scavenger (i.e. in the thermal–epithermal region) it was found that the tritium

  在反冲氚的反应中，由他制作3（N，P）T反应，用对-H 2个h的富集混合物2与d 2的HT /从非审系统（获得DT比即反应在高观察能量“热”区域）几乎与H 2的核自旋态无关；在高节制且没有清除剂的情况下（即在热-表热区域），发现that原子优先与氢的邻位自旋异构体反应。

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