Helio

Símbolo: He
Clasificación: Gas noble Grupo 18

Número Atómico: 2
Masa Atómica: 4,0026
Número de protones/electrones: 2
Número de neutrones (Isótopo 4-He): 2
Estructura electrónica: 1s²
Electrones en los niveles de energía: 2
Números de oxidación:

Electronegatividad:
Energía de ionización (kJ.mol^-1): 2370
Afinidad electrónica (kJ.mol^-1): -48
Radio atómico (pm): 128
Radio iónico (pm) (carga del ion):

Entalpía de fusión (kJ.mol^-1): 0,021
Entalpía de vaporización (kJ.mol^-1): 0,082

Punto de Fusión (ºC): (a 26 atm de presión) -272,2
Punto de Ebullición (ºC): -268,934
Densidad (kg/m³): 0,17847; (0 ºC)
Volumen atómico (cm³/mol): 32,07
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Incoloro.

Propiedades comparadas

Isótopos: Dos isótopos naturales: 3-He (0,000137%) y 4-He (99,999863%) . Otros seis isótopos inestables; el de mayor período de semidesintegración: 6-He (806,7 milisegundos).

Descubierto en: 1868
Descubierto por: Jannsen y Lockyer
Fuentes: Minerales de uranio. Licuación de gas natural. Reactores nucleares.
Usos: Gas de globos y dirigibles; en estado líquido (más importante), debido a que presenta la temperatura más baja de ebullición y no solidifica a menos que se someta a presión, se emplea como líquido para enfriar y para el estudio de la superconductividad y otras actividades criogénicas. Gas inerte en soldadura de arco. Atmósfera para crecimiento de cristales de silicio y germanio y en la producción de titanio y circonio. Gas de túneles de viento supersónicos. Presurización de depósitos de combustible líquido de cohetes.

Curiosidades sobre el elemento: Es el segundo elemento más abundante del Universo. En la Tierra hay trazas en minerales de uranio (como producto de desintegración) y en el gas natural (en la atmósfera hay 5 ppm), (representa un 8x10^-7% en peso de la corteza) pero es abundante en las estrellas más calientes, siendo importante en la reacción protón-protón y en el ciclo del carbono-nitrógeno que produce energía en el sol y las estrellas. La fusión de hidrógeno para dar helio proporciona la energía de las bombas de hidrógeno.
Jannsen obtuvo la primera evidencia del helio durante el eclipse solar de 1868 al detectar una nueva línea en el espectro solar. Lockyer y Frankland sugirieron el nombre helio (helios = sol) para este elemento. En 1895 Ramsay descubrió helio en el mineral de uranio clevita y, a la vez e independientemente, lo descubrieron en la clevita los químicos suecos Cleve y Langlet. En 1907 Rutherford y Royds demostraron que las partículas a eran núcleos de átomos de helio.
Es la sustancia con menor punto de fusión y, por su bajo punto de ebullición (próximo al cero absoluto), se emplea como refrigerante y en el estudio de la superconductividad. Tiene otras propiedades peculiares: es el único líquido que no puede solidificarse bajando la temperatura. Permanece líquido en el cero absoluto a presión ordinaria, pero puede solidificarse fácilmente incrementando la presión (a 26 atmósferas). El calor de fusión muestra un comportamiento anómalo: a muy bajas temperaturas tiende a cero y es preciso suministrar más calor para lograr la congelación.
Es la única sustancia sin punto triple. Presenta tres modificaciones alotrópicas sólidas (a altas presiones): a-He (hexagonal, 1,15K, 6,69 MPa), b-He (cúbicas centrada en las caras, 16 K, 127 MPa) y g-He (cúbica centrada en el cuerpo, 1,73 K, 2,94 MPa) y dos modificaciones líquidas: He-I es un líquido normal, se enfría al bajar la presión y a 2,177 K y 0,0504 bar se transforma en He-II, que es un superfluido con propiedades extraordinarias, sin parecido en cualquier otra sustancia: se expande al enfriarse, su conductividad térmica es enorme y no sigue reglas normales, no presenta rozamiento (viscosidad cero), desliza por las superficies saltando obstáculos hasta llegar al nivel más profundo posible (efecto Onnes: si se eleva una vasija conteniendo He-II de un baño del mismo, se forma una película de unos 100 átomos de espesor que, deslizándose sobre la superficie de la vasija, la remonta y vuelve a caer al baño inicial).
El 3-He y el 4-He sólidos tienen la propiedad de que su volumen cambia más de un 30% al aumentar la presión.
El calor específico del helio es inusualmente alto. La densidad del vapor de helio en el punto de ebullición normal es también muy alto. El vapor se expande mucho cuando se calienta a temperatura ambiente. Los recipientes de gas helio a 5-10 K deben tratarse como si fuesen de helio líquido debido al gran incremento de presión que experimentan al calentarse a temperatura ambiente.
Kurti y colaboradores han obtenido, usando helio líquido, temperaturas de pocos microkelvines para la desmagnetización adiabática de núcleos de cobre.
El helio normalmente presenta número de oxidación cero, y parece tener una débil tendencia a unirse a otros elementos: flúor (difluoruro de helio), neón (HeNe). También se han estudiado especies como He⁺ y He²⁺. Algunas aleaciones como HgHe₁₀ y Pt₃He pueden considerarse clatratos.
Entre sus usos destacan:

gas inerte en soldadura de arco;
atmósfera para crecimiento de cristales de silicio y germanio y en la producción de titanio y circonio;
refrigerante de reactores nucleares, ya que transfiere el calor , no se hace radiactivo y es químicamente inerte;
gas de túneles de viento supersónicos;
llenado de globos de observación y otros utensilios más ligeros que el aire;
Una mezcla de helio y oxígeno se usa como atmósfera artificial para buceo y otros trabajos bajo presión: no es soluble en la sangre, previene la narcosis del nitrógeno. Se emplean diferentes proporciones de He/O₂ para diferentes profundidades. Para baja presión y con fines terapéuticos: 80% He; 20% O₂;
llenado de globos y dirigibles ya que es más seguro (no inflamable) y con un 93% del poder elevador del que el hidrógeno;
recientemente, para presurizar el combustible líquido de cohetes, (un cohete Saturno requiere alrededor de 3,7x10¹¹ litros para el lanzamiento;
helio líquido se usa en resonancia magnética utilizada en medicina, lo que ha evitado la necesidad de cirugía exploratoria para el diagnóstico de pacientes. Otra aplicación médica utiliza resonancia magnética para determinar si un paciente tiene alguna forma de cáncer.
El uso como refrigerante en superconductividad caerá en el futuro con el descubrimiento de materiales superconductores de alta temperatura. Entre las aplicaciones en auge se encuentra su uso en radares (detección de misiles crucero a baja altura, etc.).