Hélio
Keywords: Hélio, 1868, 1895, 1907, 1908, 1926, Astronomia, Atmosfera, Balão
O hélio (gr. helios, Sol) é um elemento químico, símbolo He e de massa atómica igual a 4 u, apresentando número atômico ( 2 prótons e 2 elétrons ). À temperatura ambiente, o hélio encontra-se no estado gasoso. Apesar da sua configuração eletrônica ser 1s2, o helio não figura na tabela periódica dos elementos junto com o hidrogênio no bloco s, está colocado no grupo 18 ( 8A ou 0 ) do bloco p, já que apresenta nível de energía completo, apresentando as propriedades de um gás nobre, ou seja, é inerte (não reage) como os demais elementos.
É um gas monoatômico, incolor e inodoro. O helio 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, encontrado na atmosfera terrestre, apenas traços, provenientes da desintegraçao 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 gas engarrafado utilizado em mergulhos de grande profundidade.
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| Geral | |||||||||||||||||||||||||
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| Nome, símbolo, número | Hélio, He, 2 | ||||||||||||||||||||||||
| Classe . série química | Gás nobre , gás nobre | ||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloco | 18 ( VIIIA ou 0 ), 1, s | ||||||||||||||||||||||||
| Densidade, Dureza | 0.1785 kg/m³, não apresenta | ||||||||||||||||||||||||
| Cor e aparência | incolor imagem:He2-thumb.jpg | ||||||||||||||||||||||||
| Propriedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||
| Massa atómica | 4.002602 u | ||||||||||||||||||||||||
| Raio atómico (calculado) | sem dados (31) picómetro | ||||||||||||||||||||||||
| Raio covalente | 32 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Raio de van der Waals | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||
| Configuração electrónica | 1s2 | ||||||||||||||||||||||||
| Elétrons por nível de energia | 2 | ||||||||||||||||||||||||
| Estado de oxidação (óxido) | 0 (desconhecido) | ||||||||||||||||||||||||
| Estrutura cristalina | hexagonal | ||||||||||||||||||||||||
| Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||
| Estado da matéria | gasoso | ||||||||||||||||||||||||
| Ponto de fusão | 0.95 K (-458 °F) a 26 atm | ||||||||||||||||||||||||
| Ponto de ebulição | 4.22 K (-452.07 °F) | ||||||||||||||||||||||||
| Volume molar | 21.0 ×10-6 m³/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Entalpia de vaporização | 0.0845 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Entalpia de fusão | 5.23 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Pressão de vapor | inaplicável | ||||||||||||||||||||||||
| Velocidade do som | 970 m/s a 293.15 K | ||||||||||||||||||||||||
| Informações diversas | |||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividade | sem dados (Escala de Pauling) | ||||||||||||||||||||||||
| Calor específico | 5193 J/(kg*K) | ||||||||||||||||||||||||
| Condutividade elétrica | sem dados | ||||||||||||||||||||||||
| Condutividade térmica | 0.152 W/(m*K) | ||||||||||||||||||||||||
| 1ª Potencial de ionização | 2372.3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| 2ª Potencial de ionização | 5250.5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||
| Isótopos mais estáveis | |||||||||||||||||||||||||
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| unidades SI e CNPT excepto onde indicado | |||||||||||||||||||||||||
| Conteúdo |
Características principais
Em condições normais de pressão e temperatura o helio é um gas monoatômico, tornado-se líquido sòmente 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 a 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 gas 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 ºC). 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 a maneira como os átomos interagem.
Aplicações
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 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 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 ( embriaguês de profundidades ).
- Devido ao seu baixo ponto de liquefação e evaporação pode ser usado como refrigerante à temperaturas extremadamente baixas em imãs supercondutores e na investigação criogênica à temperaturas próximas do zero absoluto.
- Em cromatografía de gases se usa como gas 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 presurizar combustiveis 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).
História
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 línha de emissão de um elemento desconhecido. Eduard Frankland confirmou os resultados de Janssen e propos o nome helium para o novo elemento, em honra ao deus grego do sol (helios) com o sufixo -ium , já que se esperava que o novo elemento era metálico.
Em 1895 Sir William Ramsay isolou o hélio descobrindo que não era metálico, entretanto o nome original foi conservado. Os químicos suecos Nils Langlet e Per Theodor Cleve consiguiram 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 alemão Heike Kamerlingh Onnes produziu hélio líquido esfriando o gas até 0,9 K, o que lhe rendeu merecedor de um prêmio Nobel. Em 1926 seu discípulo Willem Hendrik Keesom conseguiu pela primeira vez solidificar o hélio.
Abundância e obtenção
O hélio é o segundo elemento mais abundante do universo atrás apenas do hidrogênio e constitui 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 é 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 terestre existe na ordem de 5 ppm e encontrado também como produto de desintegração em diversos minerais radioativos de urânio e tório. Alem disso, está presente em algumas águas minerais, em gases vulcânicos e em certos vazamentos de gas natural dos Estados Unidos, de onde provém a maioría do hélio comercial.
Pode-se sintetisar o hélio bombardeando núcleos de lítio ou boro com prótons a alta velocidade.
Compostos
Dado que o hélio é um gás nobre, na prática não participa das reações químicas, ainda que sob a influência de descargas elétricas ou bombardeado com elétrons forma compostos com o wolfrâmio, iodo, flúor e fósforo.
Isótopos
O isótopo mais comum do hélio é o 4He, cujo núcleo está constituido por dois prótons e dois neutrons. Sua excepcional estabilidade nuclear se deve ao fato de que tem um número mágico de nucleons, 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 maioría do hélio terrestre.
O hélio tem um segundo isótopo, o 3He, além de outros mais pesados que são radioativos. O hélio-3 é práticamente inexistente na terra, dado que a desintegração alfa produz exclusivamente núcleos de helio-4 e tanto estes como o hélio atmosférico escapam ao espaço em períodos geológicos relativamente curtos.
Ambos isótopos foram produzidos durante o Big bang em quantidades significativas, e continuam sendo mediante a fusão do hidrogênio nas estrelas .
Formas
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 desa 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 finísimos capilares através dos quais o hélio-I não consegue fluir, e tem, além disso, uma condutibilidade térmica muito maior que qualquer outra substância.
Precauções
Os depósitos de gas hélio de 5 a 10 K deve ser armazenado como líquido devido ao grande incremento de pressão que se produz ao aquecer o gas a temperatura ambiente.
Links externos
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