• Ciência

Hélio

Hélio (He) , Elemento químico , gás inerte do Grupo 18 ( gases nobres ) do tabela periódica . O segundo elemento mais leve (apenas hidrogênio é mais leve), o hélio é um gás incolor, inodoro e insípido que se torna líquido a -268,9 ° C (-452 ° F). Os pontos de ebulição e congelamento do hélio são mais baixos do que os de qualquer outra substância conhecida. O hélio é o único elemento que não pode ser solidificado por resfriamento suficiente à pressão atmosférica normal; é necessário aplicar pressão de 25 atmosferas a uma temperatura de 1 K (−272 ° C, ou −458 ° F) para convertê-lo em sua forma sólida.

hélio Propriedades do hélio. Encyclopædia Britannica, Inc.

História

O hélio foi descoberto na atmosfera gasosa em torno do sol pelo astrônomo francês Pierre Janssen, que detectou uma linha amarela brilhante no espectro da cromosfera solar durante um eclipse em 1868; esta linha foi inicialmente assumida como representando o elemento sódio. Nesse mesmo ano, o astrônomo inglês Joseph Norman Lockyer observou uma linha amarela no espectro solar que não correspondia ao D conhecido.₁e D_doislinhas de sódio, e então ele a chamou de D₃linha. Lockyer concluiu que o D₃linha foi causada por um elemento no Sol que era desconhecido em terra ; ele e o químico Edward Frankland usaram a palavra grega para sol, Helios , ao nomear o elemento. O químico britânico Sir William Ramsay descobriu a existência de hélio na Terra em 1895. Ramsay obteve uma amostra do mineral cleveita contendo urânio e, ao investigar o gás produzido pelo aquecimento da amostra, descobriu que uma única linha amarela brilhante em seu espectro correspondeu ao do D₃linha observada no espectro do Sol; o novo elemento de hélio foi assim identificado de forma conclusiva. Em 1903, Ramsay e Frederick Soddy determinaram ainda que o hélio é um produto da desintegração espontânea de substâncias radioativas.

Abundância e isótopos

Hélio constitui cerca de 23 por cento da massa do universo e, portanto, é o segundo em abundância depois do hidrogênio no cosmos. O hélio está concentrado nas estrelas, onde é sintetizado a partir do hidrogênio por fusão nuclear . Embora o hélio ocorra na Terra atmosfera apenas na extensão de 1 parte em 200.000 (0,0005 por cento) e pequenas quantidades ocorrem em minerais radioativos, meteóricos ferro e fontes minerais, grandes volumes de hélio são encontrados como um componente (até 7,6 por cento) em gases naturais nos Estados Unidos (especialmente no Texas, Novo México, Kansas , Oklahoma, Arizona e Utah). Suprimentos menores foram descobertos na Argélia, Austrália, Polônia, Catar e na Rússia. Ordinário ar contém cerca de 5 partes por milhão de hélio, e a crosta terrestre tem apenas cerca de 8 partes por bilhão.

O núcleo de cada hélio átomo contém dois prótons , mas, como é o caso com todos os elementos, isótopos de hélio existem. Os isótopos conhecidos de hélio contêm de um a seis nêutrons, então seus números de massa variam de três a oito. Destes seis isótopos, apenas aqueles com números de massa de três (hélio-3, ou³He) e quatro (hélio-4, ou⁴Ele) são estáveis; todos os outros são radioativos, decaindo muito rapidamente em outras substâncias. O hélio que está presente na Terra não é um primordial componente, mas foi gerado por decaimento radioativo. Partículas alfa, ejetadas dos núcleos de substâncias radioativas mais pesadas, são núcleos do isótopo hélio-4. O hélio não se acumula em grandes quantidades na atmosfera porque a gravidade não é suficiente para impedir sua fuga gradual para o espaço. O traço do isótopo hélio-3 na Terra é atribuível ao decaimento beta negativo do raro isótopo hidrogênio-3 (trítio). O hélio-4 é de longe o mais abundante dos isótopos estáveis: os átomos do hélio-4 superam os do hélio-3 em cerca de 700.000: 1 no hélio atmosférico e cerca de 7.000.000: 1 em certos minerais contendo hélio.

Propriedades

O hélio-4 é único por ter duas formas líquidas. A forma líquida normal é chamada de hélio I e existe em temperaturas de seu ponto de ebulição de 4,21 K (−268,9 ° C) até cerca de 2,18 K (−271 ° C). Abaixo de 2,18 K, a condutividade térmica do hélio-4 torna-se mais de 1.000 vezes maior do que a de cobre . Essa forma líquida é chamada de hélio II para diferenciá-la do hélio I líquido normal. O hélio II exibe a propriedade chamada superfluidez: sua viscosidade, ou resistência ao fluxo, é tão baixa que não foi medida. Esse líquido se espalha em uma fina película sobre a superfície de qualquer substância que toque, e essa película flui sem atrito, mesmo contra a força da gravidade. Em contraste, o hélio-3 menos abundante forma três fases líquidas distinguíveis, das quais duas são superfluidos. A superfluidez no hélio-4 foi descoberta pelo físico russo Pyotr Leonidovich Kapitsa em meados da década de 1930, e o mesmo fenômeno no hélio-3 foi observado pela primeira vez por Douglas D. Osheroff,David M. Leee Robert C. Richardson dos Estados Unidos em 1972.

diagrama de fase do hélio-3 O diagrama de fase do hélio-3 mostra quais estados do isótopo são estáveis. Encyclopædia Britannica, Inc.

Uma mistura líquida dos dois isótopos hélio-3 e hélio-4 separa a temperaturas abaixo de cerca de 0,8 K (-272,4 ° C, ou -458,2 ° F) em duas camadas. Uma camada é hélio-3 praticamente puro; o outro é principalmente hélio-4, mas retém cerca de 6 por cento de hélio-3 mesmo nas temperaturas mais baixas alcançadas. A dissolução de hélio-3 em hélio-4 é acompanhada por um efeito de resfriamento que tem sido usado na construção de criostatos (dispositivos para produção de temperaturas muito baixas) que podem atingir - e manter por dias - temperaturas tão baixas quanto 0,01 K ( −273,14 ° C ou −459,65 ° F).

Produção e usos

O gás hélio (98,2 por cento puro) é isolado do gás natural pela liquefação dos outros componentes em baixas temperaturas e sob altas pressões. A adsorção de outros gases no carvão ativado resfriado rende 99,995% de hélio puro. Algum hélio é fornecido pela liquefação do ar em grande escala; a quantidade de hélio que pode ser obtida de 1.000 toneladas (900 toneladas métricas) de ar é de cerca de 112 pés cúbicos (3,17 metros cúbicos), medida à temperatura ambiente e à pressão atmosférica normal.

O hélio é usado como uma atmosfera de gás inerte para Soldagem metais como alumínio ; dentro foguete propulsão (para pressurizar tanques de combustível, especialmente aqueles para hidrogênio líquido, porque apenas o hélio ainda é um gás na temperatura do hidrogênio líquido); em meteorologia (como um gás de elevação para o transporte de instrumentos balões ); dentro criogenia (como um refrigerante porque o hélio líquido é a substância mais fria); e em operações de respiração de alta pressão (misturado com oxigênio , como no mergulho autônomo e no trabalho em caixões, especialmente por causa de sua baixa solubilidade na corrente sanguínea). Meteoritos e rochas foram analisados ​​quanto ao conteúdo de hélio como meio de datação.

Compartilhar: