2 He 氦 孤家寡人

氦是元素周期表的壁花[1]。大多数元素都会相互作用形成化合物，只是元素的活跃度各不相同。但氦与其他任何元素，甚至是其本身都不会发生反应。有些元素在诞生后就会自发衰变成其他元素，以至于它们存在的时间还不足以发生化学反应，但氦从宇宙诞生之日起就存在了，宇宙大爆炸后30万年左右，炽热的物质和能量冷却下来，凝结而成的物质中就有氦。即使宇宙给了这么长时间，在数十亿年甚至更长的年代里，这些氦原子仍然形单影只，从未与其他原子生成过化学键[2]。

氦在第八主族——稀有气体元素中居于首位。说它们是“稀有气体”，似乎给了它们一种自命不凡的优越感，但有些名不副实，因为它们并不稀有。它们还有一个名字叫作“惰性气体”，因为它们很不喜欢跟其他元素发生化学反应。但氦并不是真的懒惰，它并不是轻视其他元素，而是因为自己孑然一身就很满足，所以没必要跟其他元素出双入对。

在你的生日气球里，就有大约99.9998%的物质是氦。氦原子里有两个质子，另外还有两个中子，帮助这两个质子结合起来，形成原子核。核外有两个电子绕核旋转，填满了s电子层，这正是氦原子如此“自满”的原因。

所有原子的电子都位于原子核外的电子壳层里，每个电子“坐”在哪里有严格的规定。就像老师引导学生进入礼堂一样，电子从最里面开始填充，首先占据最靠近原子核的壳层，然后向外扩展，在电子开始占据下一个壳层之前，必须把上一个壳层填满，保证没有空隙，但也不能过度填充。一个完美填充的壳层比凌乱或者过度填充的壳层在美学上更加令人愉悦，从化学角度说，叫作“在能量上更稳定”。

壳层未填满的原子会想方设法贡献出多余的电子，或者窃取或共享其他原子的电子，来填补自身壳层里的空隙。这就是化学反应的实质：试图与其他原子成键来实现最稳定的电子排列。

第一壳层离原子核很近，“座位”也是最少的，只能容纳两个电子。氦是二号元素，恰好有两个电子，因此，氦有一个完美的第一层，增加或减少一个电子都会破坏这种完美。需要极大的能量，比如高温或高压，才能将这些电子从舒适的位置挪出来，这可比化学反应所能提供的能量高多了。人们一般认为不存在氦的化合物。它很少与其他原子互动，也就意味着它的存在很难被注意到。氦在地球上非常不活跃，很晚才被人类发现，这并不奇怪。实际上，当有人注视太阳的时候，氦才偶然被发现。

1868年，天文学家皮埃尔·朱尔斯·让森为了观测日食跋涉了半个地球。在印度东部贡土尔(Guntur)的一座信号塔的顶端，他安装了一台分光镜，这台仪器可以将光线的颜色分解成极其精细的彩虹状光谱。这种光谱来自原子中的电子，这些电子吸收了能量，从它们的常规壳层中跳到更高能量的能级，然后再回落到它们原来舒适的位置，同时释放出它们之前吸收的能量，这就是我们眼中五颜六色的光。每个元素的壳层阶梯高度略有不同，所以它们发出的光线也有所不同，最终形成了一个颜色鲜艳的条形码——光谱，每种元素都有其独特的光谱。在让森记录的太阳光谱中，出现了一条亮黄色的光谱，跟当时已知的任何元素都不对应，但他没有在意。

几个月后，另一位科学家诺曼·洛克耶也对太阳进行了类似的观察，他没有像让森那样绕道大半个地球，而是在自己的花园里。他观察到同样的亮黄色光谱，却没有已知的元素能够对应。因此，洛克耶宣称太阳上存在一种新元素，并将其命名为氦(helium)，以希腊太阳神(helios)的名字命名，他认为这种元素可能不存在于地球上。尽管让森的观察记录可以佐证，但在当时，大多数人都对这个神奇的发现嗤之以鼻——谁听说过外星元素？但到了1895年，人们在地球上找到了氦，它被囚禁在一种钇铀矿里，最终被威廉姆·拉姆塞用分光镜发现。

[1]　Walllower，指舞场里无人邀请的孤独者。

[2]　2017年，一个多国科研团队成功合成了Na2He，相关成果发表于当年的《自然科学》(Nature Chemistry)上。