Helio
El helio es un elemento químico que se clasifica como un gas noble y un no metal. Fue descubierto en 1895 por William Ramsay.
Descubrimiento del helio
La historia del descubrimiento del helio está entrelazada con el descubrimiento de la naturaleza de las estrellas.
Hubo un tiempo en que la gente creía que nunca sabríamos de qué están hechas las estrellas. En 1835, el filósofo francés Auguste Comte declaró: “nunca seremos capaces de estudiar su composición química”. Comte pensó que solo podríamos aprender qué era la materia estelar si podíamos llevarla al laboratorio.
A pesar del pesimismo de Comte, ya se había encontrado el método para el descubrimiento del helio y las composiciones de las estrellas. En 1814, el físico alemán Joseph Fraunhofer tomó el método de Isaac Newton de dividir la luz del sol usando un prisma y logró un avance crucial. Fraunhofer había notado líneas oscuras en el arco iris de colores provenientes de la luz solar dividida por un prisma; las líneas que vio fueron la primera observación del espectro de una estrella
En 1859/60, los científicos alemanes Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen dieron grandes pasos en la ciencia de la espectroscopia, incluido el descubrimiento de que las líneas oscuras que había visto Fraunhofer eran como la huella dactilar de una sustancia.
El escenario estaba listo para que Kirchhoff y Bunsen descubrieran nuevos elementos mediante el estudio de la luz de las sustancias cuando se estaban quemando.
En 1860 descubrieron el cesio por sus líneas espectrales azules y en 1861 el rubidio a partir de dos líneas espectrales rojas. Luego, William Crookes descubrió el talio en 1861 después de observar una línea espectral verde brillante. Kirchhoff y Bunsen observaron el espectro del sol y pudieron concluir que el hierro estaba presente en su atmósfera brillante.
Para el descubrimiento del helio se necesitaron algunos años más. En agosto de 1868 se esperaba el primer eclipse total desde la publicación del trabajo de Kirchhoff y Bunsen.
El astrónomo francés Pierre Janssen estaba esperando un eclipse para observar las protuberancias en la corona del sol usando un espectroscopio. En las dos semanas posteriores al eclipse, Janssen desarrolló un método para registrar los espectros de las prominencias sin necesidad de un eclipse. En estos espectros, observó una línea amarilla.
La línea estaba en una posición similar pero no idéntica a las líneas en el espectro del sodio. Estas fueron llamadas las líneas D1 y D2. El científico inglés Norman Lockyer estudió la nueva línea amarilla; más tarde se llamaría la línea D3. Publicó su estudio de la línea, consciente de que podría ser causado por un nuevo elemento:
“…entonces supimos que no tratábamos con hidrógeno; por lo tanto, teníamos que ver con un elemento que no podíamos obtener en nuestros laboratorios, y por lo tanto asumí la responsabilidad de acuñar la palabra helio, en primera instancia para uso de laboratorio”.
El nombre helio proviene de la palabra griega para el sol, helios.
Lockyer y Edward Frankland, su compañero de trabajo, tenían otras ideas sobre las posibles causas de la línea amarilla y, por lo tanto, no anunciaron ningún elemento nuevo.
En 1871, otros científicos estaban al tanto de la situación. Lord Kelvin discutió el «reflejo de la luz del hidrógeno brillante y el ‘helio’ alrededor del sol».
“Frankland y Lockyer encuentran las prominencias amarillas para dar una línea brillante muy definida no lejos de D, pero hasta ahora no identificada con ninguna llama terrestre. Parece indicar una nueva sustancia, a la que proponen llamar Helio”.
Sin embargo, la existencia del Helio no fue aceptada por todos.
Todas las dudas se disiparon cuando el químico escocés William Ramsay aisló el helio en 1895 en Londres. Ramsay había co-descubierto el argón en 1894; el argón fue el primero de los gases nobles en ser descubierto. En 1895 leyó un artículo de William Hillebrand que describía un gas no reactivo que se liberaba cuando se añadía ácido al mineral de uranio, la uranita. Hillebrand creía que el gas era nitrógeno. [Ahora sabemos que el uranio emite helio durante la desintegración radiactiva. La existencia de la radiactividad no se reconoció hasta 1896 cuando se publicó el trabajo de Henri Becquerel.]
Ramsay, que creía que el gas podría contener argón, repitió el experimento de Hillebrand utilizando otro mineral de uranio, la cleveita, y recogió el gas.
Su espectroscopio indicó la presencia de nitrógeno, argón y otro gas. Ramsay sospechó que podría ser helio, porque parecía haber una línea D3. Consciente de que Lockyer y William Crookes tenían un espectroscopio mejor que el suyo, les envió una muestra del gas. Desafortunadamente, la muestra no era adecuada, por lo que Lockyer obtuvo una muestra de uranita, extrajo el gas y lo estudió con un espectroscopio. Él escribe:
“Una por una, las líneas desconocidas que había observado en el sol en 1868 resultaron pertenecer al gas”.
El espectro del gas era idéntico al del ‘helio’ del sol. Un nuevo elemento ganó su lugar en la tabla periódica.
Apariencia y Características
Efectos nocivos:
No se sabe que el helio sea tóxico.
Características:
- El helio es un gas monoatómico ligero, inodoro, incoloro e inerte. Puede formar moléculas diatómicas, pero solo débilmente y a temperaturas cercanas al cero absoluto.
- El helio tiene el punto de fusión más bajo de cualquier elemento y su punto de ebullición está cerca del cero absoluto.
- A diferencia de cualquier otro elemento, el helio no se solidifica sino que permanece líquido hasta el cero absoluto (0K) bajo presiones ordinarias.
- La voz de alguien que ha inhalado helio temporalmente suena aguda.
Esta fase corta de alta energía se representa en la parte inferior del diagrama.
El helio también se produce por fusión nuclear de
hidrógeno en estrellas como la nuestra.
Usos del helio
- La resonancia magnética nuclear (RMN) es el mayor usuario de helio. El helio se usa para enfriar los imanes superconductores de los escáneres de resonancia magnética.
- El helio se utiliza para inflar globos (dirigibles) y para presurizar cohetes de combustible líquido.
- Las mezclas de helio y oxígeno se utilizan como «aire» artificial para buzos y otras personas que trabajan bajo presión. El helio se usa en lugar del nitrógeno en el aire normal porque, después de una inmersión prolongada, el helio abandona el cuerpo más rápido que el nitrógeno, lo que permite una descompresión más rápida.
- El helio se utiliza como gas de protección en las inmediaciones de la soldadura por arco, evitando, por ejemplo, cualquier reacción de las soldaduras de metal caliente con el oxígeno. El gas se utiliza en la industria de semiconductores para proporcionar una atmósfera inerte para el crecimiento de cristales de silicio y germanio. También se utiliza como gas de alta temperatura en la producción de titanio y circonio, y como gas portador en la cromatografía de gases.
Abundancia e isótopos
- Abundancia en la corteza terrestre: 8 partes por billón en peso, 43 partes por billón en moles
- Abundancia en el sistema solar: 23 % por peso, 7,4 % por moles
- Coste de producción puro: 5,2 por 100g
- Fuente: Casi todo el helio de la Tierra es el resultado de la descomposición radiactiva. Las principales fuentes de helio provienen de depósitos de gas natural en pozos en Texas, Oklahoma y Kansas. El helio se extrae por destilación fraccionada del gas natural, que contiene hasta un 7% de helio.
- Isótopos: el helio tiene 8 isótopos cuyas vidas medias se conocen, con números de masa de 3 a 10. El helio natural es una mezcla de sus dos isótopos estables, 3He y 4He con abundancias naturales de 0.0001% y 99.999% respectivamente.
| Símbolo | He |
| Número atómico | 2 |
| Peso atómico | 4.003 |
| Punto de ebullición (ºC) | -269 |
| Punto de fusión (ºC) | -272 |
| Densidad (Kg/m3) | 0,1785 |
| Estructura atómica | 1s2 |
Descubre más elementos en nuestra página dedicada a la tabla periodica.
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