2 He 氦 孤家寡人

  氦是元素周期表的壁花[1]。大多數元素都會相互作用形成化合物，只是元素的活躍度各不相同。但氦與其他任何元素，甚至是其本身都不會發生反應。有些元素在誕生後就會自發衰變成其他元素，以至於它們存在的時間還不足以發生化學反應，但氦從宇宙誕生之日起就存在了，宇宙大爆炸後30萬年左右，熾熱的物質和能量冷卻下來，凝結而成的物質中就有氦。即使宇宙給了這麼長時間，在數十億年甚至更長的年代裡，這些氦原子仍然形單影隻，從未與其他原子生成過化學鍵[2]。

  氦在第八主族——稀有氣體元素中居於首位。說它們是「稀有氣體」，似乎給了它們一種自命不凡的優越感，但有些名不副實，因為它們並不稀有。它們還有一個名字叫作「惰性氣體」，因為它們很不喜歡跟其他元素發生化學反應。但氦並不是真的懶惰，它並不是輕視其他元素，而是因為自己孑然一身就很滿足，所以沒必要跟其他元素出雙入對。

  在你的生日氣球里，就有大約99.9998%的物質是氦。氦原子裡有兩個質子，另外還有兩個中子，幫助這兩個質子結合起來，形成原子核。核外有兩個電子繞核旋轉，填滿了s電子層，這正是氦原子如此「自滿」的原因。

  所有原子的電子都位於原子核外的電子殼層里，每個電子「坐」在哪裡有嚴格的規定。就像老師引導學生進入禮堂一樣，電子從最裡面開始填充，首先占據最靠近原子核的殼層，然後向外擴展，在電子開始占據下一個殼層之前，必須把上一個殼層填滿，保證沒有空隙，但也不能過度填充。一個完美填充的殼層比凌亂或者過度填充的殼層在美學上更加令人愉悅，從化學角度說，叫作「在能量上更穩定」。

  殼層未填滿的原子會想方設法貢獻出多餘的電子，或者竊取或共享其他原子的電子，來填補自身殼層里的空隙。這就是化學反應的實質：試圖與其他原子成鍵來實現最穩定的電子排列。

  第一殼層離原子核很近，「座位」也是最少的，只能容納兩個電子。氦是二號元素，恰好有兩個電子，因此，氦有一個完美的第一層，增加或減少一個電子都會破壞這種完美。需要極大的能量，比如高溫或高壓，才能將這些電子從舒適的位置挪出來，這可比化學反應所能提供的能量高多了。人們一般認為不存在氦的化合物。它很少與其他原子互動，也就意味著它的存在很難被注意到。氦在地球上非常不活躍，很晚才被人類發現，這並不奇怪。實際上，當有人注視太陽的時候，氦才偶然被發現。

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  1868年，天文學家皮埃爾·朱爾斯·讓森為了觀測日食跋涉了半個地球。在印度東部貢土爾(Guntur)的一座信號塔的頂端，他安裝了一台分光鏡，這台儀器可以將光線的顏色分解成極其精細的彩虹狀光譜。這種光譜來自原子中的電子，這些電子吸收了能量，從它們的常規殼層中跳到更高能量的能級，然後再回落到它們原來舒適的位置，同時釋放出它們之前吸收的能量，這就是我們眼中五顏六色的光。每個元素的殼層階梯高度略有不同，所以它們發出的光線也有所不同，最終形成了一個顏色鮮艷的條形碼——光譜，每種元素都有其獨特的光譜。在讓森記錄的太陽光譜中，出現了一條亮黃色的光譜，跟當時已知的任何元素都不對應，但他沒有在意。

  幾個月後，另一位科學家諾曼·洛克耶也對太陽進行了類似的觀察，他沒有像讓森那樣繞道大半個地球，而是在自己的花園裡。他觀察到同樣的亮黃色光譜，卻沒有已知的元素能夠對應。因此，洛克耶宣稱太陽上存在一種新元素，並將其命名為氦(helium)，以希臘太陽神(helios)的名字命名，他認為這種元素可能不存在於地球上。儘管讓森的觀察記錄可以佐證，但在當時，大多數人都對這個神奇的發現嗤之以鼻——誰聽說過外星元素？但到了1895年，人們在地球上找到了氦，它被囚禁在一種釔鈾礦里，最終被威廉姆·拉姆塞用分光鏡發現。

  [1]　Walllower，指舞場裡無人邀請的孤獨者。

  [2]　2017年，一個多國科研團隊成功合成了Na2He，相關成果發表於當年的《自然科學》(Nature Chemistry)上。