氦

發現

首個證明氦存在的證據是太陽色球的發射光譜中的一條亮黃色譜線。1868年8月18日，法國天文學家皮埃爾·讓森在印度的貢土爾觀測日全食時，發現了這條波長為587.49 nm的譜線。起初人們推測這條譜線來自鈉。同年10月20日，英國天文學家約瑟夫·諾曼·洛克耶在太陽光譜中發現了一條黃線。由於這條譜線的波長和夫朗和斐譜線中鈉產生的D₁線和D₂的波長相似，洛克耶將其命名為D₃線。他還提出這條譜線來自太陽上的一種尚未在地球上發現的金屬元素。洛克耶和英國化學家愛德華·弗蘭克蘭以希臘語中的ἥλιος（helios，意為「太陽」）一詞，將這一元素命名為Helium.
1881年，義大利物理學家路易吉·帕爾米耶里在分析維蘇威火山的岩漿時發現了氦的D₃線，這是氦在地球上的首次發現記錄。
1895年3月26日，蘇格蘭化學家威廉·拉姆齊爵士將釔鈾礦（一種瀝青鈾礦，其質量的10%為稀土元素）用酸處理，首次在地球上分離出氦。拉姆齊當時在尋找氬，他用硫酸處理礦物，分離釋放出的氣體中的氮和氧。在剩下的氣體中，他發現了一條和太陽光譜中的D₃線吻合的黃色譜線。洛克耶和英國物理學家威廉·克魯克斯鑑定了這一氣體樣品，證明了它是氦氣，且氦非金屬元素。同一年，兩位化學家皮·特奧多爾·克利夫和尼爾斯·朗勒特在瑞典烏普薩拉獨立從釔鈾礦中分離出氦；他們收集的氦足以測定這一元素的原子量。在拉姆齊分離氦之前，美國地質化學家威廉·弗朗西斯·希爾布蘭德同樣注意到一份瀝青鈾礦樣品中的一條不尋常的譜線，並從中分離出氦；但他認為這些譜線來自氮氣。他致拉姆齊的賀信是科學史上「發現」和「鄰近發現」的一個有趣例子。
1907年，歐內斯特·盧瑟福與托馬斯·羅伊茲讓α粒子穿透玻璃壁進入真空管，向管中放電後觀察管內氣體的發射光譜，證明α粒子就是氦核。1908年，荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯將氦冷卻至不到1K的低溫，從而首次製得液態氦。他還試著將氦固化，但是氦沒有固、液、氣三相平衡的三相點，因此他的嘗試沒有成功。1926年，昂內斯的學生威廉·亨德里克·科索姆在低溫下向氦加壓，製得了1 cm³的固態氦。
1938年，蘇聯物理學家彼得·列昂尼多維奇·卡皮察發現氦-4在接近絕對零度時幾乎沒有粘度，從而發現了今天所說的超流體。這一現象和玻色-愛因斯坦凝聚有關。1972年，美國物理學家道格拉斯·奧謝羅夫、戴維·李、以及羅伯特·科爾曼·理查森發現氦-3也有超流體現象，但所需的溫度比氦-4低得多。氦-3的超流體現象被認為和氦-3費米子配對形成玻色子有關，這種配對和超導體中電子形成的庫珀對類似。
1903年，在堪薩斯州的德克斯特鎮區的一場鑽油作業中，產生了一種不會燃燒的氣體間歇泉。堪薩斯州的地質學家伊拉斯謨斯·哈沃斯收集了這些溢出氣體的樣本，並帶回勞倫斯郡的堪薩斯大學，在化學家漢密爾頓·卡迪和戴夫·麥可法蘭德的協助下，發現這種氣體是由72%氮、15%甲烷、1%氫、12%的不明氣體所組成。進一步的分析後，漢密爾頓·卡迪和戴夫·麥可法蘭德發現樣本中1.84%是氦。這顯示了氦氣雖然在地球上很罕見，但大量集中在北美大平原地區，可視作天然氣的副產品並從中萃取。
這項發現也使美國成為全世界氦氣的主要供應者。在理察·特雷爾福爾理察·特雷爾福爾爵士的建議下，第一次世界大戰中，美國海軍贊助了三座小型的氦氣實驗工廠。工廠的目標是提供比空氣輕的不可燃氣體供防空氣球使用。在這個計畫中，儘管先前已經獲得了不到一立方公尺的天然氣，但該計劃共生產了5,700立方公尺（200,000立方英尺）的92％氦氣。某些部分也運用在全球首艘氦氣飛船──美國海軍的C-7飛船，在1921年12月1日從維吉尼亞的漢普頓錨地首航至華盛頓哥倫比亞特區的博林地區。比起美國海軍飛機工廠製造，在1923年9月啟航的第一艘硬式氦氣飛艇─雪南多亞號─將近提早了兩年。
雖然萃取過程中運用的低溫氣體液化技術，在第一次世界大戰時期間沒有及時發展，但生產依然繼續進行。氦氣主要用於航空器中輕於空氣的舉升氣體。在第二次世界大戰中，因為舉升氣體與氦氣屏蔽電弧焊接的用途，氦氣的需求逐漸增加，而氦質譜儀在製作原子彈的曼哈頓計劃中也非常重要。
1925年，為了供應戰爭時期軍事飛艇、和平時期商業飛艇，美國政府在德克薩斯州的阿馬里洛啟用了國家氦儲備。1925年的氦氣法修正案，禁止出口氦氣，使美國得以獨占氦氣生產，隨著使用氦氣的巨額花費，興登堡飛船，如同所有的齊柏林飛船，被迫使用氫氣當作舉升氣體。氦氣市場在第第二次世界大戰之後開始消沉，但為了確保液態氦的供應，儲備在1950年代開始擴大，在太空競賽與冷戰當作製作氫氧火箭推進劑（及其他用途）的冷卻液。在1965年在美國使用的氦氣是戰時高峰消耗量的八倍多。
在1960年的氦氣法修正案（美國公法86–777）通過後，美國礦業局安排了五間私人工廠從天然氣當中提取氦氣。因應氦氣保存計畫，當局在堪薩斯州的布希頓建造了425英里（684公里）的管線，將這些工廠與德克薩斯州阿馬里洛附近政府部分耗盡的克利夫塞天然氣田連接起來。這些氦-氮混合物被注入並儲存在克利夫塞天然氣田，直到需要時再進一步的純化。
到了1995年，收集與保存10億立方公尺的氣體花費了14億美元的債務，促使美國國會在1996年淘汰儲備。1996年的氦氣法修正案（美國公法104–273）便針對美國內政部，要求清空儲備，並於2005年開始銷售。
氦氣生產純度在1930到1945年間大約為98.3%（2%氮氣），為飛艇提供充足的燃料。在1945年，少量的99.9%氦氣作為焊接用途。到了1949，就可取得商業量的A級99.5%氦氣。
多年以來，美國生產全球超過90%商業用氦氣，其餘的是由在加拿大、波蘭、俄羅斯和其他國家的萃取工廠製造。在1990年代中期，位於阿爾及利亞阿爾澤的新工廠開始作業後，製造了1700萬立方公尺（6億立方英呎），足夠供應全歐洲的需求。同時，截至2000年，美國國內的氦氣消耗量每年已成長超過1500萬公斤。在2004至2006年間，在拉斯拉凡、卡塔、阿爾及利亞的斯基克達建立了更多的工廠。阿爾及利亞迅速成為氦氣製造的第二大國。透過這次擴建，氦氣的消耗量與生產成本都向上提升。從2002到2007年，氦氣的價格翻了一倍。
截至2012年，美國國家氦儲備占了全球30%的氦氣，預估在2018年消耗殆盡。儘管如此，美國參議院所提議的法案仍允許繼續販售。其他大型儲備位於美國堪薩斯州的休哥頓和附近的天然氣田，以及德克薩斯州和奧克拉荷馬州的突出部。新的工廠預估在2012年於卡塔、俄羅斯和美國的懷俄明州，但他們不被預期能緩解短缺。
在2013年，卡塔啟用了全球最大的氦氣工廠，雖然2017年卡達外交危機嚴重影響當地的氦氣生產。 2014年被廣泛認定為氦氣貿易供過於求的一年，但隨後幾年卻是明顯的短缺。那斯達克報導（2015年）三福氣體股份有限公司（Air Products）─一家銷售工業用氣體的國際公司─由於原料供應的限制，氦氣量仍然處於經濟壓力之下。

名稱由來

在皮埃爾·讓森從太陽光譜中發現氦時，英國人洛克耶（J. N. Lockyer）和弗蘭克蘭（E. F. Frankland）認為這種物質在地球上還沒有發現，因此定名為「氦」（法文為hélium，英文為helium），源自希臘語ήλιος，意為「太陽」。
在中文里，晚清時由傳教士創辦的益智書會譯作「氜」（讀作「日」），以表示從太陽光中發現的氣態元素。1915年，由中華民國教育部頒布的《無機化學命名草案》則採用發音與英文更為一致的「氦」，並沿用至今。

分布

氦存在於整個宇宙中，按質量計占23%。但在自然界中主要存在於天然氣或放射性礦石中。在地球大氣層中，氦的濃度十分低，只有體積比百萬分之5.2。在地球上的放射性礦物中所含的氦是α衰變的產物。氦在某些天然氣中含有在經濟上值得提取的量，最高可以含有7%，在美國的天然氣中氦大約有1%。在地表的空氣中每立方米含有4.6立方厘米的氦，大約占整個體積的0.0005%，密度只有空氣的7.2分之一，是除了氫以外密度最小的氣體。

性質

氦氣是所有氣體中最難液化的，沸點僅為4.22K，這源於氦極低的極性。同時，氦是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質，也沒有三相點。基於類似的原因，氦在水中的溶解度也極小，20°C時每升水中僅能溶解8.61毫升。
液氦在溫度降至2.178 K（−271 ℃）時，性質會發生突變，粘度極小，能形成只有幾個原子厚度的薄膜，發生無粘度流動，成為一種超流體，稱為氦(II)，正常的液氦稱作氦(I)。這種氦(II)的表面張力很小，能沿容器壁向上流動，直到兩邊液面等高。此時的氦熱傳導性為銅的800倍，成為導熱性能極佳的熱導體。其比熱容、壓縮性等都是反常的。液氦的另一重要性質是能穿透許多常見材料，如PVC、橡膠與大部分玻璃，所以玻璃杜瓦瓶無法用於液氦的操作。
氦的化學性質非常不活潑，一般狀態下不會和其他物質發生反應，但目前已獲得在高於113GPa壓力下熱力學穩定的Na₂He，並且可能存在15GPa條件下結構類似的Na₂HeO。

同位素

現時已知的氦同位素有八種，包括氦3、氦4、氦5、氦6、氦8等，但只有氦3和氦4是穩定的，其餘的均帶有放射性。在自然界中，氦同位素中以氦4佔最多，多是從其他放射性物質的α衰變放出α粒子（氦4原子核）而來。氦3的含量在地球上極少，而在月球上儲量巨大，它們均是由超重氫（氚）的β衰變所產生。

用途

由於氦很輕，而且不易燃，因此它可用於填充飛船、氣球、溫度計、電子管、潛水服等。也可用於原子反應爐和加速器、雷射器、冶煉和焊接時的保護氣體，還可用來填充燈泡和霓虹燈管，也用來製造泡沫塑料。
由於氦在血液中的溶解度很低，因此可以加到氧氣中防止減壓病，作為潛水員的呼吸用氣體，或用於治療氣喘和窒息。
液體氦的溫度（-268.93 °C）接近絕對零度（-273℃），因此它在超導研究中用作超流體，製造超導材料。液態氦還常用做冷卻劑和製冷劑。在醫學中，用於氬氦刀以治療癌症。
它還可以用作人造大氣層和鐳射媒體的組成部分。
由於化學性質極其穩定，一般不與其它物質發生反應，氦氣也用於防腐，毛澤東水晶棺內的氣體即為氦氣。

對聲音的影響

因為氦氣傳播聲音的速度差不多為空氣的三倍，這會改變人的聲帶的共振態，於是使得吸入氦氣的人說話的聲音的頻率變高。這個有趣的現象使得吸入氦氣的人說話尖聲細氣，就好像舊時代的卡通人物一樣，與吸入六氟化硫後聲音變粗正好相反。這種現象經常被錯誤地解釋為音速的提高直接導致聲音頻率的增加，或者氦氣使得聲帶振動變快。

過度使用所產生的問題

需要注意的是，如果大量吸入氦氣，會造成體內氧氣被氦取代，因而發生缺氧（呼吸反射是受體內過量二氧化碳驅動，而對缺氧並不敏感），嚴重的甚至會死亡。2015年1月28日，日本少女偶像團體3B junior的一名成員在參加BS朝日的綜藝節目錄影時，因玩變聲遊戲吸入氦氣後失去意識陷入昏迷，被送醫治療。同年4月21日，台灣藝人楊又穎吸入過量氦氣自殺身亡。
另外，如果是由高壓氣瓶中直接吸入氦氣，那麼其高流速就會嚴重地破壞肺部組織。大量而高壓的氦和氧會造成高壓緊張症候群，不過少量的氮就能夠處理這個問題。