Helio

Helio (He), elemento químico, gas inerte del Grupo 18 (gases nobles) de la tabla periódica. El segundo elemento más ligero (sólo el hidrógeno es más ligero), el helio es un gas incoloro, inodoro e insípido que se convierte en líquido a -268,9 °C (-452 °F).

Los puntos de ebullición y congelación del helio son más bajos que los de cualquier otra sustancia conocida. El helio es el único elemento que no puede solidificarse mediante un enfriamiento suficiente a presión atmosférica normal; es necesario aplicar presión de 25 atmósferas a una temperatura de 1 K (-272 °C, o -458 °F) para convertirlo en su forma sólida.

Propiedades de los elementos

  • Número atómico: 2
  • Peso atómico: 4.0026
  • Punto de fusión: ninguno
  • Punto de ebullición: -268,9 °C (-452 °F)
  • Densidad: (1 atm, 0 °C) 0,1785 gramos/litro
  • Estado de oxidación: 0

Índice

Historia

El helio fue descubierto en la atmósfera gaseosa que rodea al Sol por el astrónomo francés Pierre Janssen, quien detectó una línea amarilla brillante en el espectro de la cromosfera solar durante un eclipse en 1868; se supuso inicialmente que esta línea representaba el elemento sodio.

Ese mismo año el astrónomo inglés Joseph Norman Lockyer observó una línea amarilla en el espectro solar que no correspondía a las conocidas líneas D1 y D2 de sodio, por lo que la llamó la línea D3.

Lockyer concluyó que la línea D3 fue causada por un elemento en el Sol que era desconocido en la Tierra; él y el químico Edward Frankland usaron la palabra griega para sol, hēlios, para nombrar el elemento. El químico británico Sir William Ramsay descubrió la existencia del helio en la Tierra en 1895.

Ramsay obtuvo una muestra de cleveita mineral portadora de uranio y, al investigar el gas producido por el calentamiento de la muestra, encontró que una única línea amarilla brillante en su espectro era igual a la de la línea D3 observada en el espectro del Sol; de esta manera, el nuevo elemento de helio fue identificado de manera concluyente. En 1903 Ramsay y Frederick Soddy determinaron además que el helio es un producto de la desintegración espontánea de sustancias radioactivas.

Abundancia e isótopos

El helio constituye alrededor del 23 por ciento de la masa del universo y por lo tanto es el segundo en abundancia después del hidrógeno en el cosmos. El helio se concentra en las estrellas, donde se sintetiza a partir del hidrógeno por fusión nuclear.

Aunque el helio se encuentra en la atmósfera terrestre sólo en una parte en 200.000 (0,0005 por ciento) y pequeñas cantidades en minerales radioactivos, hierro meteórico y manantiales minerales, se encuentran grandes volúmenes de helio como componente (hasta un 7,6 por ciento) en los gases naturales en los Estados Unidos (especialmente en Texas, Nuevo México, Kansas, Oklahoma, Arizona y Utah).helio

Se han descubierto suministros más pequeños en Argelia, Australia, Polonia, Qatar y Rusia. El aire ordinario contiene alrededor de 5 partes por millón de helio, y la corteza terrestre es de sólo 8 partes por billón.

El núcleo de cada átomo de helio contiene dos protones, pero, como es el caso de todos los elementos, existen isótopos de helio. Los isótopos conocidos del helio contienen de uno a seis neutrones, por lo que su número de masa oscila entre tres y ocho.

De estos seis isótopos, sólo aquellos con números de masa de tres (helio-3, o 3He) y cuatro (helio-4, o 4He) son estables; todos los demás son radioactivos, descomponiéndose muy rápidamente en otras sustancias.

El helio que está presente en la Tierra no es un componente primordial, sino que ha sido generado por la descomposición radioactiva. Las partículas alfa, expulsadas de los núcleos de sustancias radioactivas más pesadas, son núcleos del isótopo helio-4.

El helio no se acumula en grandes cantidades en la atmósfera porque la gravedad de la Tierra no es suficiente para impedir su escape gradual al espacio. El rastro del isótopo helio-3 en la Tierra es atribuible a la descomposición beta negativa del raro isótopo hidrógeno-3 (tritio).

El helio-4 es con mucho el más abundante de los isótopos estables: los átomos de helio-4 superan en número a los del helio-3 en unos 700.000:1 en el helio atmosférico y en unos 7.000.000:1 en ciertos minerales portadores de helio.

Propiedades

El Helio 4 es único en tener dos formas líquidas. La forma líquida normal se llama helio I y existe a temperaturas desde su punto de ebullición de 4,21 K (-268,9 °C) hasta aproximadamente 2,18 K (-271 °C). Por debajo de 2,18 K, la conductividad térmica del helio-4 es más de 1.000 veces mayor que la del cobre.helio

Esta forma líquida se llama helio II para distinguirlo del helio líquido normal I. El helio II exhibe la propiedad llamada superfluidez: su viscosidad, o resistencia al flujo, es tan baja que no ha sido medida. Este líquido se esparce en una fina película sobre la superficie de cualquier sustancia que toque, y esta película fluye sin fricción incluso contra la fuerza de gravedad.

Por el contrario, el helio-3, menos abundante, forma tres fases líquidas distinguibles de las cuales dos son superfluidos. La superfluidez en el helio 4 fue descubierta por el físico ruso Pyotr Leonidovich Kapitsa a mediados de los años 30, y el mismo fenómeno en el helio 3 fue observado por primera vez por Douglas D. Osheroff, David M. Lee y Robert C. Richardson de los Estados Unidos en 1972.

Una mezcla líquida de los dos isótopos helio-3 y helio-4 se separa a temperaturas inferiores a aproximadamente 0,8 K (-272,4 °C, o -458,2 °F) en dos capas. Una capa es prácticamente helio-3 puro; la otra es mayormente helio-4, pero retiene alrededor del 6 por ciento de helio-3 incluso a las temperaturas más bajas alcanzadas.

La disolución del helio-3 en el helio-4 va acompañada de un efecto refrigerante que se ha utilizado en la construcción de criostatos (dispositivos para la producción de temperaturas muy bajas) que pueden alcanzar y mantener durante días temperaturas tan bajas como 0,01 K (-273,14 °C, o -459,65 °F).

Producción y Usos

El gas helio (98,2 por ciento de pureza) se aísla del gas natural licuando los otros componentes a bajas temperaturas y bajo altas presiones. La adsorción de otros gases en el carbón activado refrigerado produce un 99,995 por ciento de helio puro.helio globos

Parte del helio se obtiene de la licuefacción del aire a gran escala; la cantidad de helio que se puede obtener a partir de 1.000 toneladas (900 toneladas métricas) de aire es de aproximadamente 112 pies cúbicos (3,17 metros cúbicos), medidos a temperatura ambiente y a presión atmosférica normal.

El helio se utiliza como atmósfera de gas inerte para soldar metales como el aluminio; en la propulsión de cohetes (para presurizar tanques de combustible, especialmente los de hidrógeno líquido, porque sólo el helio sigue siendo un gas a temperatura de hidrógeno líquido); en meteorología (como gas de elevación para globos portadores de instrumentos); en criogenia (como refrigerante porque el helio líquido es la sustancia más fría); y en operaciones de respiración a alta presión (mezclado con oxígeno, como en el buceo submarino y en el trabajo de cajones, sobre todo a causa de su baja solubilidad en el flujo sanguíneo).

Se han analizado meteoritos y rocas para determinar el contenido de helio como medio de datación.

Referencias