Hélio

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Pix.gif Hélio Stylised Lithium Atom.svg
HidrogénioHélioLítio
  Hexagonal.png
 
2
He
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
He
Ne
Tabela completaTabela estendida
Aparência
Gás incolor, exibindo brilho roxo quando colocado num campo elétrico de alta voltagem.



Linhas espectrais do hélio.
Informações gerais
Nome, símbolo, número Hélio, He, 2
Série química gases nobres
Grupo, período, bloco 18 (VIIIA), 1, s
Densidade, dureza 0,1785 kg/m3,
Número CAS 7440-59-7
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atômica 4,002602(2) u
Raio atómico (calculado) pm
Raio covalente 32 pm
Raio de Van der Waals 140 pm
Configuração electrónica 1s2
Elétrons (por nível de energia) 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação
Óxido
Estrutura cristalina hexagonal
Propriedades físicas
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
Temperatura crítica  K
Pressão crítica  Pa
Volume molar 21,0×10-6 m3/mol
Pressão de vapor 100 Pa a 1,23 K
Velocidade do som 972 m/s a 20 °C
Classe magnética
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie  K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling)
Calor específico 5193 J/(kg·K)
Condutividade elétrica S/m
Condutividade térmica 0,152 W/(m·K)
Potencial de ionização 2372,3 kJ/mol
2º Potencial de ionização 5250,5 kJ/mol
3º Potencial de ionização {{{potencial_ionização3}}} kJ/mol
4º Potencial de ionização {{{potencial_ionização4}}} kJ/mol
5º Potencial de ionização {{{potencial_ionização5}}} kJ/mol
6º Potencial de ionização {{{potencial_ionização6}}} kJ/mol
7º Potencial de ionização {{{potencial_ionização7}}} kJ/mol
8º Potencial de ionização {{{potencial_ionização8}}} kJ/mol
9º Potencial de ionização {{{potencial_ionização9}}} kJ/mol
10º Potencial de ionização {{{potencial_ionização10}}} kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
3He 0,000137% estável com 1 neutrões
4He 99,999863% estável com 2 neutrões
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

O hélio (em grego: Ήλιος; transl.: Helios) é um elemento químico de símbolo He e que possui massa atómica igual a 4 u, apresentando número atômico 2 ( 2 prótons e 2 elétrons ). À temperatura ambiente, o hélio encontra-se no estado gasoso. Apesar da sua configuração eletrônica ser 1s2, o hélio não figura na tabela periódica dos elementos junto com o hidrogênio no bloco s, está colocado no grupo 18 ( VIIIA ou 0 ) do bloco p, já que apresenta nível de energia completo, apresentando as propriedades de um gás nobre, ou seja, é inerte (não reage) como os demais elementos.

É um gás monoatômico, incolor e 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 no universo, atrás do hidrogênio,[1] mas na atmosfera terrestre encontram-se apenas traços, provenientes da desintegração de alguns elementos. Em alguns depósitos naturais de gas é encontrado em quantidade suficiente para a sua exploração; usado para o enchimento de balões e dirigíveis, como líquido refrigerante de materiais supercondutores criogênicos e como gás engarrafado utilizado em mergulhos de grande profundidade.

Características principais[editar | editar código-fonte]

Nas Condições Normais de Temperatura e Pressão o hélio é um gás monoatômico, tornando-se líquido somente em condições extremas (de alta pressão e baixa temperatura).

Tem o ponto de solidificação mais baixo de todos os elementos químicos, sendo o único líquido que não pode solidificar-se baixando a temperatura, já que permanece no estado líquido no zero absoluto à pressão normal. De resto, sua temperatura crítica é de apenas 5,19 K. Os isótopos 3He e 4He 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 MPa a 15 K (-248,15 °C). Aproximadamente a essa temperatura, o hélio sofre uma transformação cristalina, de estrutura cúbica a 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[editar | editar código-fonte]

O gás hélio é usado nos dirigíveis.

O hélio é mais leve que o ar, isto é, a densidade do hélio é menor que a densidade do ar, diferenciando-se do hidrogênio por 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 nos Estados Unidos. Estas reservas são estratégicas e controladas pelo governo norte-americano. Não estão disponíveis para venda em grande quantidades.

Além das citadas o hélio tem outras aplicações, como:

  • A mistura hélio-oxigênio é usada para mergulhos a grande profundidade, já que é inerte e menos solúvel no sangue que o nitrogênio e 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 mistura hélio-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. [2]
  • Devido ao seu baixo ponto de liquefação e evaporação pode ser usado como refrigerante a temperaturas extremadamente baixas em imãs supercondutores e na investigação criogênica a temperaturas próximas do zero absoluto.
  • Em cromatografia de gases é usado como gás transportador inerte.
  • A atmosfera inerte de hélio é empregada na soldadura por arco e na fabricação de cristais de silício e germânio, assim como para pressurizar combustíveis líquidos de foguetes.
  • Em túneis de vento supersônicos.
  • Como agente refrigerante em reatores nucleares.
  • O hélio líquido encontra cada vez maior uso em aplicações médicas de imagem por ressonância 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.

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[editar | editar código-fonte]

O hélio foi descoberto de forma independente pelo francês Pierre Janssen e pelo inglês Norman Lockyer, em 1868, ao analisarem o espectro da luz solar durante um eclipse solar ocorrido naquele ano, encontrando uma linha de emissão de um elemento desconhecido. Edward Frankland confirmou os resultados de Janssen e propôs o nome helium para o novo elemento, em honra ao deus grego do sol (Hélio) com o sufixo -ium, já que se esperava que o novo elemento fosse metálico.

Em 1895 Sir William Ramsay isolou o hélio, descobrindo que não era metálico, entretanto o nome original foi conservado. Os químicos suecos Abraham Langlet e Per Teodor Cleve conseguiram também, na mesma época, isolar o elemento.

Em 1907 Ernest Rutherford e Thomas Royds demonstraram que as partículas alfa são núcleos de hélio.

Em 1908 o físico holandês Heike Kamerlingh Onnes produziu hélio líquido esfriando o gás até 0,9 K, o que lhe rendeu o prêmio Nobel. Em 1926 seu discípulo Willem Hendrik Keesom conseguiu pela primeira vez solidificar o hélio.

Abundância e obtenção[editar | editar código-fonte]

O hélio é o segundo elemento mais abundante do universo, atrás apenas do hidrogênio, constituindo em torno de 20% da matéria das estrelas, em cujo processo de fusão nuclear desempenha um importante papel. A abundância do hélio não pode ser explicada pela formação das estrelas. Ainda que seja consistente com o modelo do Big 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 5 ppm e é encontrado também como produto de desintegração em diversos minerais radioativos de urânio e tório. Além disso, está presente em algumas águas minerais, em gases vulcânicos, principalmente nos vulcões de lama e em certas acumulações comerciais de gás natural e como nos Estados Unidos, Rússia, Argélia, Qatar, Canadá e China de 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 de lítio ou boro com prótons a alta velocidade.

Compostos[editar | editar código-fonte]

Dado que o hélio é um gás nobre, praticamente não participa de reações químicas, ainda que sob a influência de descargas elétricas ou bombardeado com elétrons forme compostos com o wolfrâmio.

Isótopos[editar | editar código-fonte]

Isótopo estável He-4.

O isótopo mais comum do hélio é o 4He, cujo núcleo está constituído por dois prótons e dois nêutrons. Sua excepcional estabilidade nuclear se deve ao fato de que tem um número mágico de núcleons, isto é , uma quantidade que se distribui em níveis completos ( de modo análogo como se distribuem os elétrons nos orbitais ). Numerosos núcleos pesados se desintegram emitindo um núcleo de 4He; este processo, que se denomina desintegração alfa - por isso o núcleo emitido se chama partícula alfa - é a origem da maioria do hélio terrestre.

O hélio tem um segundo isótopo, o 3He, além de outros mais pesados que são radioativos. 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 o Big bang em quantidades significativas, e continuam sendo produzidos mediante a fusão do hidrogênio nas estrelas.

Hélio 3[editar | editar código-fonte]

É 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[editar | editar código-fonte]

É o isótopo mais encontrado na Terra, sendo o mais estável entre todos os isótopos de hélio.

Formas[editar | editar código-fonte]

O 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 num superfluido cujas características incomuns se devem a efeitos quânticos, um dos primeiros casos que se tem observado em escala macroscópica.

O hélio-II tem uma viscosidade nula, 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[editar | editar código-fonte]

Os estoques de gás hélio de 5 a 10 K devem 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(343m/s). Deve-se tomar cuidado ao fazer isso, o gás hélio pode provocar sufocamento por supressão de oxigênio.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Georgia State University, Department of Physics and Astronomy, Hyperphysics, Hydrogen-Helium Abundance [em linha]
  2. Rosanek, M., Roubik, K. Use of Heliox during Spontaneous Ventilation: Model Study. World Academy of Science, Engineering and Technology 20 2008

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