Hélio
Nota:Para outros significados, vejaHélio (desambiguação).
Ohélio(emgrego:Ήλιος;romaniz.:Helios;lit. "Sol") é umelemento químicodesímboloHee que possuimassa atómicaigual a 4u,apresentandonúmero atômico2 (2prótonse 2elétrons). Em temperatura ambiente o hélio encontra-se noestado gasoso.Apesar da suaconfiguração eletrônicaser 1s2,o hélio não figura natabela periódica dos elementosjunto com ohidrogêniono bloco s, está colocado no grupo 18 (anteriormente denominado VIIIA ou 0) do bloco p, já que apresenta nível de energia completo, apresentando as propriedades de umgás nobre.Originalmente um gás nobre era considerado incapaz de formar quaisquer compostos químicos, ou seja,inerte(não reage) como os demais elementos. Mas se for submetido a grande pressão (por volta de 300GPa), juntamente com osódio,ele formará um novo composto químico.[1]O composto, chamado helida de sódio ou Na2He, é estável em alta pressão e com ligações relativamente fortes.[2]
É um gás monoatômico,incolore inodoro. O hélio tem o menor ponto de evaporação de todos os elementos químicos, e só pode ser solidificado sob pressões muito grandes. É o segundo elemento químico em abundância nouniverso,atrás do hidrogênio,[3]mas naatmosferaterrestre encontram-se apenas traços, provenientes dadesintegraçãode alguns elementos. Em alguns depósitos naturais de gás é encontrado em quantidade suficiente para a sua exploração. O hélio é usado para o enchimento debalõesedirigíveis;como líquido refrigerante de materiais supercondutores criogênicos e como gás engarrafado utilizado emmergulhosde grande profundidade.
Características principais
editarNascondições normais de temperatura e pressãoo hélio é umgásmonoatômico, tornando-se líquido somente em condições extremas (de alta pressão e baixa temperatura).
Tem o ponto desolidificaçãomais baixo de todos os elementos químicos, sendo o único líquido que não pode solidificar-se baixando a temperatura, já que permanece no estado líquido nozero absolutoà pressão normal. De resto, suatemperatura críticaé de apenas 5,19K.Os isótopos3He e4He são os únicos em que é possível, aumentando a pressão, reduzir o volume mais de 30%. O calor específico do gás hélio é muito elevado, de vapor muito denso, expandindo-se rapidamente quando é aquecido a temperatura ambiente.
O hélio sólido só existe a pressões da ordem de 100 MPaa 0,90 K (-272,25°C). Aproximadamente a essa temperatura, o hélio sofre uma transformação cristalina, deestrutura cúbicaa estrutura hexagonal compacta. Em condições mais extremas ocorre uma nova mudança, empacotando os átomos numa estrutura cúbica centrada. Todos estes empacotamentos tem energias e densidades semelhantes, debitando-se as mudanças à maneira como os átomos interagem.
Aplicações
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O hélio é mais leve que o ar, isto é, adensidadedo hélio é menor que a densidade do ar, diferenciando-se dohidrogêniopor não ser inflamável, entretanto, apresenta poder ascensional 8% menor. Por este motivo, e por ser um gás inerte, é utilizado em dirigíveis e balões com fins recreativos, publicitários, reconhecimento de terrenos, filmagens aéreas e para investigações das condições atmosféricas. As maiores reservas de Hélio encontram-se nosEstados Unidos.Estas reservas são estratégicas e controladas pelo governo norteamericano. Não estão disponíveis para venda em grande quantidades.
Além das citadas o hélio tem outras aplicações, como:
- A misturahélio-oxigênioé usada para mergulhos a grande profundidade, já que é inerte e menos solúvel nosangueque onitrogênioe se difunde 2,5 vezes mais depressa, reduzindo o tempo necessário para a descompressão, apesar de iniciar-se em maior profundidade elimina o risco de narcose por nitrogênio (embriaguez de profundidades);
- A misturahélio-oxigênio(Heliox) também é usada no tratamento de Asma Grave, Bronquiolite e Laringotraqueite em crianças e DPOC em adultos nas proporções 70% Helio e 30% Oxigênio ou 80% Helio e 20% Oxigênio. Devido a sua baixa densidade e alta viscosidade em comparação ao ar ambiente e oxigênio, o hélio promove uma alteração do fluxo turbulento em laminar nas vias aéreas inferiores, reduzindo o trabalho respiratório do paciente. Além disso, promove melhor transporte de drogas inalatórias usadas no tratamento dessas doenças;[4]
- Devido ao seu baixo ponto de liquefação e evaporação pode ser usado como refrigerante a temperaturas extremadamente baixas em imãssupercondutorese na investigaçãocriogênicaa temperaturas próximas dozero absoluto;
- Emcromatografia de gasesé usado como gás transportador inerte;
- A atmosfera inerte de hélio é empregada nasoldadura por arcoe na fabricação de cristais desilícioegermânio,assim como para pressurizar combustíveis líquidos defoguetes;
- Emtúneis de ventosupersônicos;
- Como agente refrigerante emreatores nucleares;
- O hélio líquido encontra cada vez maior uso em aplicações médicas de imagem porressonância magnética(RMI);
- Em circuitos frigoríficos e ou tubulações em geral normalmente a uma pressão de 6 bar, se emprega como um gás para revelar micros vazamentos que possam ocorrer na montagem de um circuito ou tubulações em geral;
- Em balões flutuantes infantis.
Com o auxilio de espectrômetro de massa, aproxima-se no pontos de solda ou conexões, revelando assim vazamentos de até a equivalência de 2 gramas/ano, assegurando uma vida util maior para os produtos a serem testados.
História
editarO hélio foi descoberto de forma independente pelo francêsPierre Janssene pelo inglêsNorman Lockyer,em 18 de agosto de 1868, ao analisarem ocromosferasolar durante umeclipse solarocorrido naquele ano, encontrando uma linha de emissão de um elemento desconhecido.Edward Franklandconfirmou os resultados de Janssen e propôs o nomeheliumpara o novo elemento, em honra aodeus gregodo sol (Hélio) com o sufixo-ium.[5]Nenhuma análise química foi possível na época, porém posteriormente constatou-se que o Hélio era um gás nobre.[6]
Em 1895SirWilliam Ramsayisolou o hélio a partir do aquecimento dacleveíta,[7]descobrindo que não era metálico, entretanto o nome original foi conservado. Os químicos suecosAbraham LangletePer Teodor Cleveconseguiram também, na mesma época, isolar o elemento.
Em 1907Ernest RutherfordeThomas Roydsdemonstraram que aspartículas alfasão núcleos de hélio.
Em 1908 o físico holandêsHeike Kamerlingh Onnesproduziu hélio líquido esfriando o gás até 0,9K,o que lhe rendeu oprêmio Nobel.Em 1926 seu discípuloWillem Hendrik Keesomconseguiu pela primeira vez solidificar o hélio.
Abundância e obtenção
editarO hélio é o segundo elemento mais abundante douniverso,atrás apenas dohidrogênio,constituindo em torno de 20% da matéria dasestrelas,em cujo processo defusão nucleardesempenha um importante papel. A abundância do hélio não pode ser explicada pela formação das estrelas. Ainda que seja consistente com o modelo doBig bang,acredita-se que a maior parte do hélio existente se formou nos três primeiros minutos do universo.
Na atmosfera terrestre existe na ordem de 5ppme é originado principalmente pelodecaimentodemineraisradioativosdeurânioetório.[8]Além disso, está presente em algumas águas minerais, em gases vulcânicos, principalmente nos vulcões de lama e em certas acumulações comerciais degás naturale como nosEstados Unidos,Rússia,Argélia,Qatar,CanadáeChinade onde provém a maioria do hélio comercial, associado ao gás metano. Devido a sua baixa densidade, o hélio é um importante gás que conduz hidrocarbonetos no processo de migração. Áreas sismogênicas podem apresentar emanações de hélio e radônio.
Pode-se sintetizar o hélio bombardeando núcleos delítioouborocomprótonsa alta velocidade.
Compostos
editarDado que o hélio é umgás nobre,praticamente não participa dereações químicas,ainda que sob a influência de descargas elétricas ou bombardeado comelétronsforme compostos com owolfrâmio.
Isótopos
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Oisótopomais comum do hélio é o4He, cujonúcleoestá constituído por doisprótonse doisnêutrons.Sua excepcional estabilidade nuclear se deve ao fato de que tem umnúmero mágicodenúcleons,isto é, uma quantidade que se distribui em níveis completos ( de modo análogo como se distribuem oselétronsnosorbitais). Numerosos núcleos pesados se desintegram emitindo um núcleo de4He; este processo, que se denominadesintegração alfa- por isso o núcleo emitido se chamapartícula alfa- é a origem da maioria do hélio terrestre.
O hélio tem um segundo isótopo, o3He, além de outros mais pesados que sãoradioativos.O hélio-3 é praticamente inexistente na terra, dado que a desintegração alfa produz exclusivamente núcleos de hélio-4 e tanto estes como o hélio atmosférico escapam ao espaço em períodos geológicos relativamente curtos. O hélio-3 pode ocorrer associado com depósitos de hidrocarbonetos (gás natural, petróleo) cuja origem é oriunda do manto da terra.
Ambos isótopos foram produzidos durante oBig bangem quantidades significativas, e continuam sendo produzidos mediante a fusão do hidrogênio nasestrelas.
Hélio 3
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Ver artigo principal:Hélio-3É um isótopo de hélio pouco comum na Terra. Ele é muito abundante na Lua, devido aos ventos solares que acumularam hélio 3 por milhares de anos.
Hélio 4
editarÉ o isótopo mais encontrado na Terra, sendo o mais estável entre todos os isótopos de hélio.
Formas
editarO hélio líquido (hélio-4) se encontra em duas formas distintas: hélio-4 I e hélio-4 II, entre os quais ocorre uma brusca transição a 2,1768 K (ponto lambda). O He-I, acima dessa temperatura é um líquido normal, porém o He-II abaixo dessa temperatura, não se parece a nenhuma outra substância, converte-se numsuperfluidocujas características incomuns se devem aefeitos quânticos,um dos primeiros casos que se tem observado em escala macroscópica.
O hélio-II tem umaviscosidadenula, fluindo com facilidade através de finíssimos capilares através dos quais o hélio-I não consegue fluir, e tem, além disso, uma condutibilidade térmica muito maior que qualquer outra substância.
Precauções
editarOs estoques de gás hélio de 5 a 10Kdevem ser armazenados como líquido devido ao grande incremento de pressão que se produz ao aquecer o gás a temperatura ambiente.
Quando aspirado, o hélio distorce a voz (velocidade do som no Hélio é 972 m/s a 20 °C). Deve-se tomar cuidado ao fazer isso, o gás hélio pode provocar sufocamento por supressão de oxigênio.
Ver também
editarReferências
- ↑Helium’s inertness defied by high-pressure compoundCrushing elements together with diamonds creates a rare mash-uppor Emily Conover, publicado por "Science News" (2017)
- ↑A stable compound of helium and sodium at high pressurepor Xiao Dong, et al, publicado emNature Chemistrydoi:10.1038/nchem.2716 (2017)
- ↑Georgia State University,Department of Physics and Astronomy,Hyperphysics,Hydrogen-Helium Abundance[em linha]
- ↑Rosanek, M., Roubik, K. Use of Heliox during Spontaneous Ventilation: Model Study. World Academy of Science, Engineering and Technology 20 2008
- ↑Oxford English Dictionary(1989), s.v. "helium". Retrieved December 16, 2006, from Oxford English Dictionary Online. Also, from quotation there: Thomson, W. (1872).Rep. Brit. Assoc.xcix: "Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium."
- ↑Ojima 2002,p. 1
- ↑Mendeleev 1903,p. 497
- ↑«Helium».American Chemical Society(em inglês).Consultado em 17 de março de 2023
Ligações externas
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- «WebElements.com - Helium»(em inglês)
- https://www.ch.imperial.ac.uk/rzepa/blog/?p=17413(em inglês)
- «EnvironmentalChemistry.com»(em inglês)
- «It´s Elemental»(em inglês)
- «Hélio - vídeos e imagens»