Elemento químico hélio

Hélio (He), elemento químico, gás inerte do grupo 18 (gases nobres) da tabela periódica. O segundo elemento mais leve (apenas o 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 inferiores aos 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.

gás nobre

Os elementos são hélio (He), néon (Ne), argônio (Ar), criptônio (Kr), xenônio (Xe), rádon (Rn) e oganesson (Og). Os gases nobres são

Propriedades do elemento

número atômico	2
peso atômico	4,0026
ponto de fusão	Nenhum
ponto de ebulição	-268,9 ° C (-452 ° F)
densidade (1 atm, 0 ° C)	0,1785 grama / litro
Estado de oxidação	0 0
configuração eletrônica	1s ²

História

O hélio foi descoberto na atmosfera gasosa ao redor do Sol pelo astrônomo francês Pierre Janssen, que detectou uma linha amarela brilhante no espectro da cromosfera solar durante um eclipse em 1868; assumiu-se inicialmente que essa linha representasse o elemento sódio. Nesse mesmo ano, o astrônomo inglês Joseph Norman Lockyer observou uma linha amarela no espectro solar que não correspondia às conhecidas linhas D ₁ e D ₂ de sódio, e por isso a chamou _de linha D ₃. Lockyer concluiu que a D ₃ linha foi causada por um elemento no Sol que era desconhecido na Terra; ele e o químico Edward Frankland usaram a palavra grega para sol, hēlios, para nomear o elemento. O químico britânico Sir William Ramsay descobriu a existência de hélio na Terra em 1895. Ramsay obteve uma amostra do cleveito mineral contendo urânio e, ao investigar o gás produzido pelo aquecimento da amostra, descobriu que uma linha amarela brilhante única o espectro corresponde ao da linha D ₃ observada no espectro do Sol; o novo elemento de hélio foi, assim, conclusivamente identificado. Em 1903, Ramsay e Frederick Soddy determinaram ainda que o hélio é um produto da desintegração espontânea de substâncias radioativas.

Abundância e isótopos

O hélio constitui cerca de 23% da massa do universo e, portanto, é o segundo em abundância em relação ao hidrogênio no cosmos. O hélio é concentrado nas estrelas, onde é sintetizado a partir do hidrogênio por fusão nuclear. Embora o hélio ocorra na atmosfera da Terra apenas na proporção de 1 parte em 200.000 (0,0005%) e pequenas quantidades ocorram em minerais radioativos, ferro meteórico e fontes minerais, grandes volumes de hélio são encontrados como componente (até 7,6%) 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 Rússia. O ar comum contém cerca de 5 partes por milhão de hélio, e a crosta terrestre é de apenas 8 partes por bilhão.

O núcleo de cada átomo de hélio contém dois prótons, mas, como é o caso de todos os elementos, existem isótopos de hélio. Os isótopos conhecidos de hélio contêm de um a seis nêutrons; portanto, seus números de massa variam de três a oito. Desses seis isótopos, apenas aqueles com números de massa de três (hélio-3 ou ³ He) e quatro (hélio-4 ou ⁴ He) são estáveis; todos os outros são radioativos, decaindo muito rapidamente em outras substâncias. O hélio presente na Terra não é um componente primordial, 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 da Terra não é suficiente para impedir sua fuga gradual para o espaço. O traço do isótopo hélio-3 na Terra é atribuído ao decaimento beta negativo do raro isótopo hidrogênio-3 (trítio). O hélio-4 é de longe o mais abundante dos isótopos estáveis: os átomos de hélio-4 superam os do hélio-3, cerca de 700.000: 1 em 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 hélio I e existe a temperaturas desde o 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 se torna mais de 1.000 vezes maior que a do cobre. Essa forma líquida é chamada hélio II para distingui-lo do hélio líquido normal I. 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 película fina sobre a superfície de qualquer substância que toque e flui sem atrito, mesmo contra a força da gravidade. Por outro lado, o hélio-3 menos abundante forma três fases líquidas distinguíveis, das quais duas são superfluidas. 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. Lee e Robert C. Richardson, dos Estados Unidos. Unidos em 1972.

Uma mistura líquida dos dois isótopos hélio-3 e hélio-4 se separa em temperaturas abaixo de 0,8 K (-272,4 ° C ou -458,2 ° F) em duas camadas. Uma camada é praticamente hélio-3 puro; o outro é principalmente hélio-4, mas retém cerca de 6% de hélio-3, mesmo nas temperaturas mais baixas atingidas. A dissolução do 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).