Hélio-3

O hélio-3, abreviado por He-3, às vezes chamado em inglês de tralphium, é uma forma isotópica não-radioativa do hélio com dois prótons e um nêutron no núcleo atômico. Ele é muito raro na Terra e é procurado para atividades de pesquisas sobre fusão nuclear. Acredita-se que o gás exista em abundância na Lua (incorporado na camada superior do regolito pela ação de ventos solares durante bilhões de anos) e nos grandes planetas gasosos do Sistema Solar (deixado lá durante a nebulosa solar original), embora ainda em baixa quantidade (28 partes por milhão do regolito lunar é hélio-4 e entre 1 a 50 partes são de hélio-3).

Os núcleos de hélio-3 consistem em dois prótons, mas apenas um nêutron, em contraste com o átomo original de hélio, que possui dois prótons e dois nêutrons. Sua existência foi proposta em 1934 pelo físico nuclear australiano Marcus Oliphant enquanto, no Laboratório Cavendish na Universidade de Cambridge, num experimento em que alguns átomos de deutério (isótopo do hidrogênio) reagiram mais rapidamente que outros (a primeira demonstração de fusão nuclear).

O He-3 foi postulado para ser um isótopo radioativo até que átomos dele fossem identificados naturais na atmosfera (que é principalmente de He-4) por Luis Walter Alvarez e Robert Cornog em um experimento num cíclotron no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley em 1939. Apesar de o hélio-3 ser aproximadamente dez mil vezes mais raro que o hélio-4 na Terra, a sua presença significativa em depósitos de gás subterrâneos implicou que ele não se deteriorasse ou que tivesse um tempo de vida semelhante à do isótopo primordial. O hélio-3 aparece como um nuclídeo primordial, escapando da crosta terrestre para o espaço ao longo do tempo.

O hélio-3 é proposto como um combustível da segunda geração da fusão nuclear para usos energéticos de fusão, mas esses sistemas ainda estão em fase experimental e de desenvolvimento. o He-3 é utilizado na detecção de nêutrons e de temperaturas extremamente baixas de criogenia. Tem sido usado como um gás magnetizável hiperpolarizado para formar imagens magnéticas para estudos.

Propriedades físicas

Devido à sua baixa massa atômica (3,0160293 u), o He-3 tem propriedades significativamente diferentes do He-4 (4,0026 u). Devido à fraca interação por indução de dipolo-dipolo entre os átomos de hélio 3, suas propriedades macroscópicas são principalmente determinadas pela energia de ponto zero; as propriedades microscópicas do He-3 também fazem com que ele tenha maior energia de ponto zero que o He-4. Isso significa que o He-3 pode superar a interação dipolo-dipolo com menos energia térmica que o He-4. O hélio-3 ferve a 3,19 Kelvin (-269,96 ºC), baixo comparado ao hélio-4, que ferve a 4,23 Kelvin (-268,92 ºC), e seu ponto crítico também é menor do que 3,35 K (-269,8 ºC), comparado ao do hélio-4, que é 5,19 K (-267,96ºC). Tem menos da metade da densidade quando o líquido está no ponto de ebulição: 0,059 g/ml, a do hélio-4 é 0,12473 g/ml. O seu calor latente de vaporização é também consideravelmente menor, 0,026 kJ/mol, comparado ao hélio-4 que é 0,0829 kJ/mol.

Veja também

• Energia limpa
• Hélio-4