Por que o mundo ficará sem hélio
Crédito da imagem: papel de parede do Zeppelin, via http://hdw.eweb4.com/out/248264.html.
Como o segundo elemento mais comum no Universo está sendo perdido da Terra, a maior parte para sempre.
Eu tenho um pequeno ditado, quando as coisas ficam muito pesadas, apenas me chame de hélio, o gás mais leve conhecido pelo homem. – Jimi Hendrix
Henrique, como Eu te disse uma vez antes , foi quase certo. Conhecemos o hélio, convencionalmente, como o gás mais leve que o ar com o qual enchemos balões, dirigíveis e zepelins para desafiar rápida e facilmente a gravidade aqui na Terra.
Crédito da imagem: Jonathan Trappe.
Pelo menos, desafiar a gravidade é o que parece façam. Mas o que realmente está acontecendo é que o hélio é simplesmente um gás de densidade muito baixa. Nossa atmosfera, uma mistura de gases principalmente Nitrogênio (N2) e Oxigênio (O2), tem um peso molecular médio de 29. Com um peso molecular de apenas quatro , o hélio é superado apenas pelo gás hidrogênio puro (H2) (com um peso molecular de dois) no departamento de baixa densidade.
E assim como uma pedra afunda no oceano ou o azeite flutua em cima de um copo de água, o princípio da flutuabilidade garante que os materiais menos densos eventualmente – uma vez que os efeitos da mistura sejam insignificantes (o que eles são, para gases atmosféricos, por tempo suficiente) – se encontrarão em camadas sobre os materiais progressivamente mais densos.
Crédito da imagem: Recuperado da aula de química da Ms J.
Isso é verdade para sólidos (como no interior da Terra, onde o núcleo é mais denso que o manto, que é mais denso que a crosta, que é mais denso que os oceanos e assim por diante), líquidos (como mostrado acima) e gases também. Para um gigante gasoso como Júpiter, por ser tão massivo (muitas centenas de vezes a massa da Terra), sua poço gravitacional é tremendo, e mesmo o mais leve de seus gases atmosféricos permanece ligado ao próprio planeta. No outro extremo, a Lua e os asteróides têm massa muito baixa para se manter algum de seus gases atmosféricos, e mesmo o gás mais pesado será expelido do planeta graças à intensa radiação vinda do nosso Sol.
Crédito da imagem: obtido em http://clowder.net/hop/railroad/asteroids.html.
A atmosfera da Terra é hoje composta principalmente de Nitrogênio (78%), Oxigênio (21%), com vestígios de outros gases. No entanto, se pudéssemos voltar para quando o Sistema Solar estava se formando, descobriríamos que cada planeta teria uma atmosfera carregada com os dois elementos mais comuns no Universo: Hidrogênio e Hélio.
Crédito da imagem: NASA.
A grande maioria do hidrogênio e do hélio teria sido confinado à atmosfera da Terra e rapidamente teria subido para as camadas superiores. Outros átomos – carbono, nitrogênio e oxigênio – teriam se ligado ao hidrogênio (que é reativo) para produzir metano, amônia e água/vapor de água, e não ao hélio (que é inerte). Enquanto a grande maioria do gás hidrogênio puro e o hélio teriam sido expulsos do planeta de forma relativamente rápida pelo Sol, os gases restantes teriam permanecido por muito mais tempo, deixando para trás apenas os componentes mais pesados de nossa atmosfera.
Crédito da imagem: G. H. Rieke da Universidade do Arizona, originalmente do DHS International.
Agora, não há problema em produzir hidrogênio, temos oceanos cheios de material que é 2/3 de hidrogênio. Mas e o Hélio?
Desde o nascimento do Sistema Solar, há praticamente não Hélio deixado na Terra. (Para ser mais preciso, o hélio compõe 0,00052% da atmosfera da Terra em volume.) Por causa do tamanho da atmosfera da Terra, sempre poderíamos tentar extrair esse hélio da atmosfera, mas esse processo é tremendamente difícil e caro. Mas lá é abundância de hélio aqui na Terra, e tem nada a ver com hélio em nossa atmosfera ou, nesse caso, em qualquer outro lugar no resto do universo.
Crédito da imagem: Rich Olson de http://nothinglabs.blogspot.com/.
Estas são algumas amostras radioativas de Urânio e Tório, dois dos elementos mais raros encontrados na natureza. Os isótopos mais comuns – Urânio-238 e Tório-232 – são radioativos e sofrerão uma cadeia de decaimento ao longo de bilhões de anos.
Bilhões de anos. Em outras palavras, uma escala de tempo comparável a a idade da Terra. Elementos com tempos de vida muito mais curtos decaíram; é por isso que o urânio (ou pode ser Plutônio ) é o elemento natural mais pesado aqui na Terra; enquanto muitos outros certamente estavam por perto imediatamente após a explosão da supernova que desencadeou a formação do nosso Sistema Solar, tudo com vidas mais curtas já desapareceu completamente. Mas quando o Urânio-238 e o Tório-232 decaem, eles o fazem de uma maneira muito particular e importante.
Crédito da imagem: Laboratório de Física Nuclear, Universidade de Chipre.
Eles passam por um processo conhecido como decaimento alfa , onde elementos pesados emitem uma partícula alfa, eventualmente levando à criação de um núcleo mais estável. Mas a partícula alfa - com dois prótons e dois nêutrons - é na verdade o núcleo de um átomo de hélio! Ele irá muito rapidamente (em questão de microssegundos) pegar um par de elétrons e se tornar um átomo de hélio neutro, e como os átomos de hélio não reagem com nada, tudo o que eles farão é tentar subir até o topo do atmosfera.
O que eles só podem fazer se puderem encontrar a atmosfera! A maior parte do urânio e tório do mundo existe no subsolo, então onde quer que haja um depósito de urânio ou tório na crosta terrestre que esteja lá há muito tempo (como centenas de milhões de anos), você encontrará um grande depósito de gás hélio, também. Felizmente (talvez) para a Terra, a maior do mundo fica no subsolo perto do meio dos Estados Unidos.
Crédito da imagem: Helium Plants & Pipelines (Bureau of Land Management).
Mas não reabastecemos este Hélio! Podemos minerar e extraí-lo, mas uma vez que tirarmos o que está lá, levará centenas de milhões de anos para produzir mais, ou precisamos encontrar uma nova fonte de hélio, como dominar a fusão nuclear terrestre ou talvez minerar a Lua.
Enquanto isso, devemos estar cientes de que toda vez que enchemos um balão de hélio, estamos pegando algo que levou toda a história natural da Terra para criar e enviando-o para a atmosfera, onde a grande maioria acabará sendo banido do nosso planeta para os confins interestelares do espaço.
Crédito da imagem: Let’s Party Ltd.
O hélio é um elemento raro e único, com algumas propriedades científicas surpreendentes. Ele não se torna um líquido até que seja resfriado a uma temperatura de 4 Kelvin , e torna-se um superfluido com algumas propriedades fantásticas e sem atrito quando está talvez na metade dessa temperatura.
O hélio também é usado para super-resfriar os aceleradores de partículas mais poderosos do mundo (como o LHC) e é fundamental na criação dos campos magnéticos mais poderosos já alcançados na Terra.
Enquanto não conservarmos e reciclarmos nosso hélio, estamos condenando a humanidade a uma futura escassez de hélio e condenando os futuros humanos a descobrir uma maneira de extrair efetivamente esse oligoelemento da atmosfera, da qual compõe apenas 5 partes por milhão. Cada balão que enchemos com ele (ou inalamos, para vocês adolescentes) significa que há muito menos hélio para as gerações futuras aqui na Terra. Nós só descobrimos este elemento menos de 150 anos atrás , e as Reserva Nacional de Hélio dos EUA deverá estar vazio em 2018, com o restante do fornecimento de hélio completamente privatizado.
Não estou aqui para assustá-lo a não usar balões de hélio ou para convencê-lo de que precisamos de regulamentação governamental da produção ou consumo de hélio; Estou simplesmente dizendo de onde vem o hélio e por que vamos ficar sem ele se continuarmos fazendo as coisas do jeito que as fazemos. Fiz minha parte contando a vocês a ciência por trás do nosso Hélio; O resto é com você.
Uma versão anterior deste post apareceu originalmente no antigo blog Starts With A Bang em Scienceblogs.
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