Helio (elemento)

Na Galipedia, a wikipedia en galego.

Hidróxeno - Helio
He Ne
	Táboa periódica

Xeral

Noe, símbolo, número

Helio, He, 2

Serie química

Gases nobles

Grupo, periodo, bloque

18, 1 , p

Densidade, dureza Mohs

0,1785 kg/m³, sin datos

Apariencia

Incoloro
Image:He,2-thumb.jpg

Propiedades atómicas

Peso atómico

4,002602 uma

Radio medio^†

Sin datos

Radio atómico calculado

31 pm

Radio covalente

32 pm

Radio de Van der Waals

140 pm

Configuración electrónica

1s²

Estados de oxidación (óxido)

0 (desconocido)

Estructura cristalina

Hexagonal

Propiedades físicas

Estado de la materia

Gas

Punto de fusión

0,95 K (26 atm)

Punto de ebullición

4,22 K

Entalpía de vaporización

0,0845 kJ/mol

Entalpía de fusión

5,23 kJ/mol

Presión de vapor

Non aplicable

Velocidad do son

970 m/s a 293.15 K

Información diversa

Electronegatividade

Sin datos (Pauling)

Calor específico

5193 J/(kg·K)

Conductividade eléctrica

Sin datos

Conductividade térmica

0,152 W/(m·K)

1^erPotencial de ionización

2372,3 kJ/mol

2º Potencial de ionización

5250,5 kJ/mol

Isótopos máis estables

iso.	AN (%)	Vida media	MD	ED (MeV)	PD
³He	0,000137	He es estable con 1 neutrón
⁴He	99,999863	He é estable con 2 neutróns
⁶He	Sintético	806,7 ms	β^-	3,508	⁶Li

Valores no SI e en condicións normales
(0 ºC e 1 atm), salvo que se indique o contrario.
^†Calculado a partir de distintas lonxitudes
de enlace covalente, metálico ou iónico.

O helio é un elemento químico de número atómico 2 e símbolo He. A pesar de que a súa configuración electrónica é 1s², e helio non figura no grupo 2 da táboa periódica, xunto o hidróxeno no bloque s, senon que se coloca no grupo 18 do bloque p, xa que o ter o nivel de enerxía completo, presenta as propiedades dun gas noble, é decir, é inerte (non reacciona) e ao igual que estes, é un gas monoatómico incoloro e inodoro. O helio ten o menor punto de evaporación de tódolos elementos químicos, e só pode ser solidificado baixo presións moi grandes. É ademáis, o segundo elemento químico en abundancia no universo, tralo hidrógeno, encontrándose na atmósfera trazas debidas á desintegración de algúns elementos. En algúns depósitos naturales de gas encóntrase en cantidade suficiente para a explotación, empleándose para o recheo de globos e dirixibles, como líquido refrixerante de materiales superconductores crioxénicos e como gas envasado no buceo a gran profundidade.

[editar] Características principales

En condicións normales de presión e temperatura o helio é un gas monoatómico, podéndose licuar só en condicións extremas (de alta presión e baixa temperatura).

Ten o punto de solidificación máis baixo de tódolos elementos químicos, sendo o único líquido que non pode solidificarse baixando a temperatura, xa que permanece en estado líquido no cero absoluto a presión normal. De feito, a sua temperatura crítica é de tan só 5,19 K. Os sólidos ³He e ⁴He son os únicos nos que é posible, incrementando a presión, reducir o volumen máis do 30%. O calor específico do gas helio é moi elevado e o helio vapor moi denso, expandíndose rápidamente cando se quenta a temperatura ambiente.

O helio sólido só existe a presións do orde de 100 MPa a 15 K (-248,15 ºC). Aproximadamente a esa temperatura, o helio sofre unha transformación cristalina, de estructura cúbica a estructura hexagonal compacta; en condicións máis extremas, prodúcese un novo cambio, empaquetándose os átomos nunha estructura cúbica centrada no corpo. Todos estes empaquetamentos teñen enerxías e densidades similares, debéndose os cambios á forma na que os átomos interactúan.

[editar] Aplicacións

O helio é máis lixeiro que o aire e a diferencia do hidróxeno non é inflamable, sendo ademáis o seu poder ascensional un 8% menor que o deste, polo que empléase como gas de recheo en globos e zepelíns publicitarios, de investigación atmosférica e incluso para realizar reconoñecementos militares.

Ainda sendo a anterior a principal, o helio ten máis aplicacións:

As atmósferas helio-osíxeno empléanse na inmersión a gran profundidade, xa que o helio é inerte, menos soluble na sangue que o nitróxeno e difúndese 2,5 veces máis depresa que él, todo o cual reduce o tiempo requerido para a descompresión, ainda que esta debe comezar a maior profundidade, e elimina o risco de narcosis por nitróxeno (borracheira das profundidades).
Polo seu baixo punto de licuefacción e evaporación pode utilizarse como refrixerante en aplicacións a temperatura extremadamente baixa como en imáns supercondutores e investigación crioxénica a temperaturas próximas ao cero absoluto.
En cromatografía de gases úsase como gas portador inerte.
A atmósfera inerte de helio empléase na soldadura por arco e na fabricación de cistales de silicio e xermanio, así como para presurizar combustibles líquidos de foguetes.
Nos túneles de vento supersónicos.
Como axente refrixerante en reactores nucleares.
O helio líquido encontra cada vez maior uso nas aplicacións médicas da imaxe por resonancia magnética (RMI).

[editar] Historia

O helio foi descuberto de forma independiente polo francés Pierre Janssen e o inglés Norman Lockyer, en 1868 ao analizar o espectro da luz solar durante un eclipse solar acaecido aquel año, e encontrar unha línea de emisión dun elemento descoñecido. Eduard Frankland confirmou os resultados de Janssen e propuxo o nome helium para o novo elemento, en honor ao deus grego do sol (helios) ao que se engadiu o sufixo -ium xa que esperábase que o novo elemento fora metálico.

En 1895 Sir William Ramsay aislou o helio descubrindo que non era metálico, a pesar do cual o nome orixinal conservouse. Os químicos suecos Nils Langlet e Per Theodor Cleve conseguiron tamén, pola mesma época, aislar o elemento.

En 1907 Ernest Rutherford e Thomas Royds mostraron que as partículas alfa son núcleos de helio. En 1908 o físico alemán Heike Kamerlingh Onnes produxo helio líquido enfriando o gas ata 0,9 K, o que lle fixo merecedor do premio Nobel. En 1926 o seu discípulo Willem Hendrik Keesom logrou por vez primeira solidificar o helio.

[editar] Abundancia e obtención

O helio é o segundo elemento máis abundante do universo tralo hidróxeno e constitue arredor do 20% da materia das estrelas, en cuio proceso de fusión nuclear desempeña un importante papel. A abundancia de helio non pode ser explicada pola xerada nas estrelas, ainda que é consistente co modelo do Big bang, créndose que a maior parte do helio existente formouse nos tres primeiros minutos do universo.

Na atmósfera terrestre existe do orde de 5 ppm e encóntrase tamén como producto de desintegración en diversos minerales radiactivos de uranio e torio. Ademáis está presente en algunhas augas minerales, en gases volcánicos e en certos xacimentos de gas natural dos Estados Unidos, dos que proven a maioría do helio comercial.

O helio pode sintetizarse bombardeando núcleos de litio ou boro con protóns a alta velocidade.

[editar] Compostos

Dado que o helio é un gas noble, na práctica non participa nas reaccións químicas, ainda que baixo a influencia de descargas eléctricas ou bombardeado con electróns forma compostos co wolframio, iodo, flúor e fósforo.

[editar] Isótopos

O isótopo máis común do helio é ⁴He, o núcleo está constituido por dous protóns e dous neutróns. A sua excepcional estabilidade nuclear débese a que ten un número máxico de nucleóns, é decir, unha cantidade que se distribue en niveles completos (de modo análogo a como se distribuen os electróns nos orbitales). Numerosos núcleos pesados desintégranse emitindo un núcleo de ⁴He; éste proceso, que se denomina desintegración alfa e polo que ao núcleo emitido se lle chama partícula alfa, é a orixe da maioría do helio terrestre.

O helio ten un segundo isótopo, o ³He, así como outros máis pesados que son radiactivos. O helio-3 é prácticamente inexistente na terra, dado que a desintegración alfa produce exclusivamente núcleos de helio-4 e tanto estes como o helio atmosférico escapan ao espacio en periodos xeolóxicos relativamente cortos.

Ambos isótopos produxéronse no Big bang e cantidades significativas síguense producindo mediante a fusión do hidróxeno nas estrelas seguindo a cadea protón-protón.

[editar] Formas

O helio líquido (helio-4) encóntrase en duas formas distintas: helio-4 I e helio-4 II, entre os que se produce una brusca transición a 2.1768 K (punto lambda) á presión de vapor. O He-I, por riba desa temperatura é un líquido normal, pero o He-II, por debaixo dela, no se parece a ningunha outra sustancia convertindose nun superfluido con inusuales características que se deben á efectos cuánticos, un dos primeiros casos nos que se teñen observado a escala macroscópica.

O helio-II ten unha viscosidade nula polo que flue con facilidade a través de finísimos capilares a través dos que o helio-I non pode fluir, e ten ademáis unha conductividade térmica muito maior que calquer outra sustancia. Exhibe un efecto fonte, de xeito que se se sumerxe parcialmente un tubo con un extremo capilar en helio-II e quéntase o tubo para superar o punto lambda, o helio-I verteráse polo extremo libre do tubo a modo de fonte, producíndose un fluxo constante de helio-II a través do capilar hacia o tubo quente. Inversamente, cando se forza o paso de helio-II a través de un capilar, o líquido enfríase. Os pulsos de calor propáganse a través do líquido de forma análoga a como o fai o son, un fenómeno ao que se denomina, por elo, segundo son. Ademáis, o helio-II ten a capacidade de reptar, de modo que calquer sólido en contacto con él cúbrese con unha capa de entre 50 e 100 átomos de espesor a través da cual o líquido pode fluir a unha velocidade que depende da temperatura, de feito se se sumerxe parcialmente unha vasixa co fondo estanco nun leito de helio-II, éste reptará polas paredes exteriores da vasixa enchéndoa ata que os niveles en ambos se igualen, esta propiedade dificulta por razóns obvias a construcción de recipientes de helio-II.

[editar] Precaucións

Os depósitos de helio gas de 5 a 10 K deben almacenarse como si contiveran líquido debido ao gran incremento de presión que se produce ao quentar o gas a temperatura ambiente.