Hélio

Hélio (símbolo químico He, número atômico 2) é um componente secundário da atmosfera da Terra, mas é o segundo elemento mais abundante no universo e o segundo mais leve de todos os elementos conhecidos.

É um gás incolor, inodoro, insípido, não tóxico e quase inerte que comanda a série de gases nobres na tabela periódica. Seus pontos de ebulição e fusão são os mais baixos entre os elementos, e condições extremas são necessárias para convertê-lo em líquido e sólido.

Condições extremas também são necessárias para criar o pequeno punhado de compostos de hélio, que são todos instáveis ​​a temperaturas e pressões comuns. No universo atual, quase todo o hélio novo é criado como resultado da fusão nuclear do hidrogênio nas estrelas.

Na Terra, é produzido pelo decaimento radioativo de elementos muito mais pesados. Depois de sua criação, parte dele fica presa com gás natural, em concentrações de até 7% em volume.

Para que serve?

É comumente conhecido que o hélio é usado para fornecer sustentação para balões e dirigíveis. Além disso, é usado como componente em sistemas de respiração em águas profundas, como refrigerante para ímãs supercondutores e como gás de proteção para muitos processos industriais, como Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido e pastilhas de silício.

Pesquisadores usam o hélio para estudar materiais a temperaturas muito baixas, em um campo chamado criogenia, e para datar rochas e minerais radioativos. A inalação de um pequeno volume de gás altera temporariamente a qualidade tonal e a intensidade da voz.

História

Em 18 de agosto de 1868, durante um eclipse solar total em Guntur, na Índia, o astrônomo francês Pierre Janssen observou uma linha amarela brilhante com um comprimento de onda de 587,49 nanômetros (nm) no espectro da cromosfera do Sol.

Esta linha foi a primeira evidência de que o Sol continha um elemento anteriormente desconhecido, mas Janssen foi ridicularizado porque nenhum elemento havia sido detectado em um corpo celeste antes de ser encontrado na Terra.

Em 20 de outubro do mesmo ano, o astrônomo inglês Norman Lockyer observou uma linha amarela com o mesmo comprimento de onda no espectro solar. Ele nomeou a linha como linha Fraunhofer. Ele concluiu que existia um elemento no Sol que era desconhecido na Terra. Ele e o químico inglês Edward Frankland nomearam o elemento com a palavra grega para o Sol (hélios).

Em 26 de março de 1895, o químico britânico William Ramsay isolou o hélio na Terra tratando-o com cleveíta e ácidos minerais. Ramsay estava procurando por argônio, mas depois de separar nitrogênio e oxigênio do gás liberado pelo ácido sulfúrico, ele notou uma linha amarela brilhante que combinava com a linha observada no espectro do Sol.

Essas amostras foram identificadas por Lockyer e o físico britânico William Crookes como o elemento hélio. Naquele mesmo ano, os químicos Per Teodor Cleve e Abraham Langlet, em Uppsala, na Suécia, isolaram de forma independente o hélio da cleveíta. Eles coletaram gás suficiente para determinar com precisão seu peso atômico.

Em 1908, o físico holandês Heike Kamerlingh Onnes foi o primeiro a liquefazer o hélio, resfriando o gás abaixo de 1 Kelvin (K). Ele tentou solidificá-lo reduzindo ainda mais a temperatura, mas ele falhou porque o hélio não tem uma temperatura de “ponto triplo” onde as fases sólida, líquida e gasosa estão em equilíbrio umas com as outras. Seu aluno, Willem Hendrik Keesom, foi o primeiro a solidificar o hélio em 1926, submetendo-o a uma pressão de 25 atmosferas.

Em 1938, o físico russo Pyotr Leonidovich Kapitsa descobriu que o hélio-4 quase não tem viscosidade a temperaturas próximas do zero absoluto, um fenômeno agora chamado de superfluidez. Em 1972, o mesmo fenômeno foi observado com o hélio-3, pelos físicos americanos Douglas D. Osheroff, David M. Lee e Robert C. Richardson.

Características

Na tabela periódica, o hélio está à frente da série de gases nobres no grupo 18 (antigo grupo 8A), e é colocado no período 1, junto com o hidrogênio.

Ao contrário do hidrogênio, o hélio é extremamente inerte e é o membro menos reativo dos gases nobres. Como resultado, é monoatômico sob praticamente todas as condições.

Os pontos de ebulição e fusão do hélio são os mais baixos entre os elementos. Por esse motivo, o hélio existe como um gás, exceto sob condições extremas. O hélio gasoso é incolor, inodoro, insípido e não tóxico. É menos solúvel em água do que qualquer outro gás conhecido, e sua taxa de difusão através dos sólidos é três vezes a do ar e cerca de 65% a do hidrogênio.

A condutividade térmica do hélio (capacidade de conduzir calor) é maior que a de qualquer gás, exceto o hidrogênio, e seu calor específico (quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 kg de hélio em 1 K) é incomumente alto.

Abaixo de cerca de 40 K (Kelvin), o hélio esfria durante a expansão. Uma vez que tenha sido resfriado abaixo dessa temperatura, o hélio pode ser liquefeito através do resfriamento da expansão.

O hélio é um isolante elétrico, a menos que seja ionizado. Tal como acontece com os outros gases nobres, têm níveis de energia que permitem que ele permaneça ionizado em uma descarga elétrica quando a tensão é mantida abaixo do seu potencial de ionização (isto é, abaixo da energia necessária para retirar o átomo He de um elétron).

O hélio é quimicamente não reativo sob todas as condições normais. São necessárias condições extremas para criar compostos de hélio, que são todos instáveis ​​à temperatura e pressão padrão (0 °C e 100 quilopascals de pressão).

Em todo o universo, o hélio é encontrado principalmente em um estado de plasma cujas propriedades são bem diferentes das do hélio molecular. Como plasma, os elétrons e prótons do hélio não estão ligados, resultando em uma condutividade elétrica muito alta, mesmo quando o gás é apenas parcialmente ionizado.

As partículas carregadas são altamente influenciadas por campos magnéticos e elétricos. Por exemplo, no vento solar, junto com o hidrogênio ionizado, eles interagem com a magnetosfera da Terra, dando origem ao fenômeno da aurora boreal.

Dados

Massa atômica – 4,002602(2) u
Configuração eletrônica – 1s²
Elétrons – 2
Estado da matéria – Gasoso
Ponto de fusão – 0,95 K
Ponto de ebulição – 4,22 K
Entalpia de fusão – 5,23 kJ/mol
Entalpia de vaporização – 0,0845 kJ/mol