第20章 氦气

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在卡镂镐燊释学院那充满神秘与奇幻氛围的校园中，阳光透过彩色玻璃窗洒在古老的走廊上，映照出斑斓的光影。汪鑫焱和小璇怀着满心的期待，快步走向学院的实验室。他们的脚步声在寂静的走廊中回荡，仿佛奏响了一曲充满期待的乐章。 实验室的大门紧闭着，门上刻满了神秘的魔法符文，散发着一股古老而神秘的气息。汪鑫焱和小璇站在门前，心中充满了好奇和兴奋。他们知道，在这扇门后面，等待着他们的将是一场充满挑战和惊喜的学习之旅。 终于，实验室的门缓缓打开，一位身着银灰色长袍的老师出现在他们面前。这位老师就是学院中资深的魔法学者瑟兰迪尔。他的长袍上绣着精致的魔法符文，那些符文在阳光下闪烁着神秘的光芒，仿佛在诉说着古老的魔法故事。瑟兰迪尔老师的眼神中透露出深邃的智慧和沉稳的力量，让人不由自主地产生一种敬畏之情。 瑟兰迪尔老师微笑着看着汪鑫焱和小璇，说道：“同学们，欢迎来到实验室。今天，我们将一同探索氦气的制作方法，这将是一次充满挑战和惊喜的旅程。”他的声音沉稳而有力，如同古老的钟声在实验室中回荡。 汪鑫焱和小璇跟着瑟兰迪尔老师走进实验室。实验室中摆放着各种精密的仪器和设备，那些仪器有的闪烁着微弱的光芒，有的发出轻微的嗡嗡声，仿佛在等待着被唤醒它们的魔法力量。墙壁上挂满了元素周期表和关于各种气体的图表，那些图表上绘制着复杂的化学公式和数据，让人眼花缭乱。 瑟兰迪尔老师缓缓走到实验室中央，那里摆放着一个巨大的冷却装置和一个分离塔。冷却装置由许多巨大的管道和阀门组成，看起来就像一个巨大的钢铁怪物。分离塔则高耸入云，塔身由透明的玻璃制成，可以清晰地看到里面的液体在流动。 瑟兰迪尔老师看着汪鑫焱和小璇，微笑着说道：“让我们从了解氦气的特性开始吧。”他指着墙上的元素周期表，讲解道：“氦气，原子量为 4.003g/mol，在元素周期表中属于 0 族元素中的稀有气体。它是无色、无味的惰性气体，十分不活泼，不能燃烧也不能助燃。其临界温度为－267.9c，临界压力约 0.225mpa，熔点为 -272.2c，沸点为 -268.9c。氦气是某些放射性元素分裂时的产物，a－质点就是氦的原子核。” 汪鑫焱和小璇专注地听着，不时在笔记本上记录着重要的知识点。他们的眼神中充满了好奇和渴望，仿佛在探索一个全新的世界。 瑟兰迪尔老师接着说道：“氦气具有独特的性质和广泛的用途。它可以用于填充气球，让气球轻盈地飘在空中；可以用于温度计，因为它的热膨胀系数小，能准确地测量温度；还可以用于电子管，保证电子设备的稳定运行。在潜水服中，氦气可以代替氮气，防止潜水员患上减压病。此外，氦气在原子反应堆和加速器、激光器、火箭中也起着重要的作用，作为保护性气体保护特殊金属材料。而液体氦气更是可以用于获得接近绝对零度的低温，用以制造超导设备。” 汪鑫焱听得入神，他想象着氦气在各种场景中的应用，心中充满了惊叹。他问道：“老师，氦气为什么这么难液化呢” 瑟兰迪尔老师微笑着回答道：“氦气之所以难液化，是因为它的分子间作用力非常弱。在极低的温度和高压下，氦气才能被液化。这也是为什么我们需要使用特殊的方法来制备氦气。” 接着，瑟兰迪尔老师开始介绍氦气的制作方法。“我们可以通过空分法来制备氦气。空分法是利用空气中各成分的沸点不同，通过一系列的分离和提纯步骤得到氦气。首先，我们将空气引入一个大型的冷却装置中，将空气冷却到极低的温度。在这个过程中，空气中的不同成分会逐渐液化，由于氦气的沸点非常低，所以它会最后液化。” 老师走到那个巨大的冷却装置前，打开控制面板，展示着温度和压力的参数。冷却装置的控制面板上闪烁着各种数字和指示灯，看起来非常复杂。瑟兰迪尔老师耐心地解释着每个参数的含义和作用。“这个冷却装置需要精确地控制温度和压力，以确保各个成分能够按照预期的顺序液化。当空气被冷却到足够低的温度后，我们会将液化的空气引入一个分离塔中。在分离塔中，不同的液体成分会根据它们的密度和沸点逐渐分离。氦气会聚集在分离塔的顶部，我们可以通过特定的管道将其收集起来。” 小璇好奇地问道：“老师，这个过程需要很长时间吗” 瑟兰迪尔老师回答道：“这个过程确实需要一定的时间，而且需要非常精细的操作和监控。因为每一个步骤都必须准确无误，否则就无法得到高纯度的氦气。在冷却空气的过程中，我们需要逐渐降低温度，同时控制压力的变化。这个过程可能需要几个小时甚至几天的时间，具体取决于空气的初始状态和设备的性能。” 然后，瑟兰迪尔老师又介绍了冷凝法。“冷凝法是将含氦的气体冷却到极低的温度，使氦气液化并分离出来。我们可以先收集一些含有氦气的天然气或者其他气体，然后将这些气体引入一个冷凝装置中。这个冷凝装置会将气体冷却到接近氦气的临界温度，使氦气液化。然后，我们可以通过过滤和分离的方法，将液态氦气从其他成分中分离出来。” 老师指着一个复杂的冷凝装置，解释着其中的工作原理。冷凝装置由许多冷却管道和过滤器组成，看起来就像一个巨大的迷宫。瑟兰迪尔老师详细地介绍了每个部件的作用和工作流程。“这个冷凝装置中有许多冷却管道和过滤器，它们共同作用，确保只有氦气能够被液化和分离出来。在操作这个装置时，我们需要密切关注温度和压力的变化，以确保整个过程的顺利进行。首先，我们将含氦的气体引入冷凝装置中，通过冷却管道将气体冷却到接近氦气的临界温度。在这个过程中，其他成分会逐渐凝固或液化，而氦气则会保持气态。然后，我们通过过滤器将氦气从其他成分中分离出来，得到液态氦气。” 最后，瑟兰迪尔老师介绍了氢液化法。“氢液化法是先将氢气液化，然后利用氦气与氢气的沸点差异，分离出氦气。首先，我们需要将氢气引入一个特殊的液化装置中，将氢气冷却到极低的温度，使其液化。然后，我们将液态氢气与含有氦气的气体混合在一起。由于氦气的沸点比氢气高，所以在一定的温度和压力下，氦气会从混合气体中分离出来。” 老师走到一个实验台前，展示着氢液化装置和混合气体的容器。氢液化装置看起来非常复杂，由许多管道、阀门和压缩机组成。混合气体的容器则是一个巨大的钢瓶，上面刻满了各种安全标志和参数。瑟兰迪尔老师仔细地介绍着每个部件的作用和操作方法。“这个过程需要非常精确的温度和压力控制，以确保氦气能够有效地分离出来。同时，我们还需要注意安全，因为氢气是一种易燃气体，在操作过程中必须采取严格的安全措施。首先，我们将氢气引入氢液化装置中，通过冷却和压缩的方法将氢气液化。然后，我们将液态氢气与含有氦气的气体混合在一起，放入一个特殊的分离容器中。在这个容器中，我们通过控制温度和压力，使氦气从混合气体中分离出来。最后，我们将分离出来的氦气收集起来，进行进一步的提纯和处理。” 在介绍完三种制作方法后，瑟兰迪尔老师让汪鑫焱和小璇亲自尝试用空分法制作氦气。他们小心翼翼地按照老师的指导，将空气引入冷却装置，调整温度和压力参数。他们紧张地注视着控制面板上的数字变化，期待着氦气的出现。 汪鑫焱和小璇的手微微颤抖着，他们小心翼翼地操作着各种阀门和按钮，生怕出现一点错误。冷却装置发出低沉的嗡嗡声，仿佛在诉说着一个神秘的故事。他们的眼睛紧紧地盯着控制面板上的数字，看着温度和压力逐渐下降。 经过漫长的等待，终于在分离塔的顶部看到了一丝淡淡的氦气。他们兴奋地欢呼起来，感受到了成功的喜悦。那一丝淡淡的氦气在阳光下闪烁着微弱的光芒，仿佛是一颗珍贵的宝石。 瑟兰迪尔老师微笑着看着他们，说道：“这只是一个开始，制作氦气需要不断地练习和改进。在未来的学习中，你们还将探索更多关于氦气的奥秘和用途。” 汪鑫焱和小璇坚定地点点头，他们知道，在卡镂镐燊释学院的这段学习之旅，将充满挑战和惊喜。他们期待着用自己的双手制作出更多的氦气，为学院的研究和发展做出贡献。