O segundo elemento mais leve da tabela periódica, o hélio, cujo símbolo é He, é o segundo elemento mais abundante do universo, atrás apenas do hidrogênio. Contudo a atmosfera terrestre apresenta apenas traços desse elemento.
O hélio é bem conhecido por distorcer a voz quando aspirado, contudo deve-se ter cuidado, pois pode ocorrer sufocamento por supressão de oxigênio.
Propriedades do Hélio
O hélio é um gás nas condições ambientais e torna-se líquido apenas em condições extremas, aplicando alta pressão e baixa temperatura. Apresenta o menor ponto de solidificação de todos os elementos, ponto a pressão normal e no zero absoluto (aproximadamente -273ºC) é líquido.
O hélio no estado sólido é obtido com pressão maior que 100MPa e temperatura próximo ao zero absoluto, 0,9K - aproximadamente -272,25ºC, adquirindo uma estrutura cristalina hexagonal compacta. Ao elevar as condições a pontos mais extremos o empacotamento atômico muda para uma estrutura cristalina cubica de face centrada.
Se localiza na tabela periódica junto com outros gases nobres. A princípio qualquer gás nobre é incapaz de formar compostos químicos, ou seja se ligar com outros átomos e elementos .O hélio assim como qualquer elemento da família 18 se encontra na atmosfera isolado, em moléculas monoatômicas.
Contudo, ao elevar a pressão, próximo de 300 GPa, junto com algum metal alcalino (família 1) é capaz de formar compostos químicos, como exemplo, em contato com o sódio (Na) metálico forma o helida de sódio Na2He, estável quimicamente (ligações fortes) e fisicamente ( em alta pressão).
É possível encontrar isotopos, como o 3He e o 4He.
Aplicações
É um gás incolor e inodoro, apresenta menor ponto de evaporação de todos os elementos químicos, pode ser solidificado sob pressões muito grandes. Na atmosfera terrestre é encontrado devido ao decaimento (desintegração) radioativa de alguns elementos, como o rádio.
Normalmente o gás hélio é usado para encher balões infantis e dirigíveis, costuma-se engarrafá-lo para mergulhos de grande profundidade,quando liquefeito é usado como fluído refrigerante de materiais supercondutores criogênicos.
Aumentando a pressão, é possível reduzir em mais de 30% o volume ocupado pelo gás hélio. O calor específico do gás é elevado, com condição de vapor denso,expande-se rapidamente quando aquecido.
A densidade do gás hélio é menor que a densidade do ar e não é inflamável. Por isso é usado em dirigíveis e balões com fins recreativos, publicitários, reconhecimento de território, filmagens aéreas e para investigação das condições atmosféricas.
A mistura de hélio com oxigênio, conhecida popularmente como Heliox é usado para mergulhos em grandes profundidades, pois o hélio é menos solúvel que o nitrogênio no sangue e como se difunde 2,5 mais depressa que o nitrogênio,reduz o tempo de descompressão e elimina o risco de narcose em maiores profundidades. Narcose é o termo usado para "embriaguez" de profundidade por nitrogênio.
Essa mistura também é usada no tratamento de Asma Grave, Bronquiolite e Laringotraqueite em crianças e DPOC em adultos em quantidades que variam entre 80-70% de Hélio e 30-20% de Oxigênio.
Devido a baixa densidade e alta viscosidade, o hélio é capaz de alterar o fluxo turbulento em fluxo laminar das vias aéreas inferiores, reduzindo assim, o trabalho respiratório, além de promover melhor transporte de drogas inalatórias usadas em tratamento de doenças em pacientes.
É usado como gás de transporte em cromatografia gasosa. Pode ser usado como fluido refrigerante em imãs supercondutores e em investigação criogênica próximas ao zero absoluto. Também é usado para refrigeração de reatores nucleares.
Processos de soldagem à arco voltaico utilizam hélio como gás de proteção, garantindo uma atmosfera inerte próxima ao cordão de solda. Também é usado na fabricação de cristais de silício e germânio e na pressurização de combustíveis líquidos de foguete.
Também é aplicado em túneis de vento supersônico. Em frigorífero ou em tubulações normalmente uma pressão de 6 bar, com a finalidade de revelar microvazamentos. Quando líquido, pode ser empregado em aplicações médicas, como imagem por ressonância magnética.
Descoberta e obtenção
Ao analisarem a cromosfera solar,os cientistas Pierre Janssen (francês) e Norman Lockyer ( inglês) descobriram o elemento hélio, de forma independente.
Durante um eclipse solar ocorrido em 1868, os cientistas observaram uma linha de emissão de um elemento que diferente, desconhecido. Frankland, confirmou os resultados de Janssen e em homenagem ao deus do sol grego (hélio) batizou o novo elemento de helium - latim.
Apenas em 1895, Ramsay conseguiu isolar o hélio, a partir do aquecimento da cleveíta,um mineral a base de urânio e terras raras encontrado na Noruega.
Em 1907 Rutherford e Royds demonstraram que as partículas alfas eram núcleos de átomos de hélio. No ano seguinte, 1908, o físico Heike Kamerlingh Onnes conseguiu resfriar o hélio atpe obtê-lo no estado líquido em uma temperatura próxima a 0,9K,rendendo-lhe ais tarde o Prêmio Nobel. Em 1926, Willem Hendrik Keeson conseguiu solidificar o hélio.
Atrás apenas do hidrogênio, o hélio é o segundo elemento mais abundante do universo. Constitui cerca de 20% de toda matéria das estrelas, devido a fusão nuclear que ocorre no núcleo estelar. Acredita-se que a maior parte do hélio foi formada nos primeiros três minutos do universo.
Contudo, o hélio se encontra na atmosfera terrestre em uma concentração baixa, cerca de 5ppm, é produto da desintegração (transmutação) de minerais radioativos a base de urânio e tório, água mineral, gases vulcânicos, reservas de gás natural associado ao gás metano. Áreas sismogênicas podem emanar de hélio e radônio.
É possível sintetizar hélio com o bombardeamento de núcleos de lítio ou boro com prótons em alta velocidade.
Isótopos
O isótopo mais comum do hélio é o 4He, apresenta massa atômica de 4 uma (unidade de massa atômica) e número atômico de 2. Apresentam alta estabilidade nuclear, que é constituído de dois prótons e dois nêutrons. .
O outro isótopo é o 3He, muito pouco encontrado na atmosfera terrestre, geralmente está associado com depósitos de hidrocarbonetos, como gás natural e petróleo, de origem oriunda do manto terrestre. É abundante na Lua,devido a ventos solares que acumularam-o por milhares de anos.
Referencias
ATKINS, P. JONES, L. "Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente", Porto Alegre: Bookman, 2001