Hechos Sobre El Helio

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Datos sobre el elemento helio, incluyendo propiedades, fuentes, usos e isótopos.

Descubierto por primera vez en la corona que rodea al sol y luego en los gases que se escapan del Monte Vesubio, el helio es el segundo elemento más abundante en el universo.

El segundo elemento en la Tabla Periódica de los Elementos es inerte, incoloro e inodoro, pero lejos de ser aburrido. El helio aparece en los semiconductores, globos de cumpleaños y el Gran Colisionador de Hadrones. Debido a su densidad extremadamente baja, el helio flota en el aire. La baja densidad también es responsable del extraño efecto de "voz chillona" cuando se inhala el helio. Cuanto menos denso es el gas que rodea a las cuerdas vocales, más rápido vibran, enviando el tono de la voz hacia el cielo. (Sin embargo, practique este truco de la fiesta con moderación: el helio reemplaza al oxígeno en los pulmones y puede matarlo si inhala lo suficiente).

Siga leyendo para obtener más información sobre este gas más ligero que el aire, su increíble historia de descubrimiento y todos sus innumerables usos en la actualidad.

Solo los hechos

Según el Laboratorio de Acelerador Lineal Nacional de Jefferson, las propiedades del helio son:

  • Número atómico (número de protones en el núcleo): 2
  • Símbolo atómico (en la tabla periódica de elementos): Él
  • Peso atómico (masa media del átomo): 4.002602
  • Densidad: 0.0001785 gramos por centímetro cúbico
  • Fase a temperatura ambiente: gas
  • Punto de fusión: menos 458.0 grados Fahrenheit (menos 272.2 grados Celsius)
  • Punto de ebullición: menos 452.07 F (menos 268.93 C)
  • Número de isótopos (átomos del mismo elemento con un número diferente de neutrones): 8; 2 estable
  • Isótopos más comunes: He-4 (99.999866 por ciento de abundancia natural) y He-3 (0.000134 por ciento de abundancia natural)

Descubrimiento solar

El 18 de agosto de 1868, un eclipse total oscureció el sol. El astrónomo francés Pierre Janssen estuvo presente en la India para observar y medir la atmósfera del sol, conocida como la cromosfera. Según el Laboratorio de Jefferson, en el espectro de gases que observó en la cromosfera había una extraña línea amarilla con una longitud de onda de 587,49 nanómetros.

Janssen no identificó la fuente de esta longitud de onda. Sin embargo, dos meses después, el astrónomo inglés Sir Norman Lockyer instaló su propio espectroscopio en Londres y vio la misma línea amarilla. Trabajando con el químico Edward Frankland, Lockyer concluyó que la línea era la huella digital de un elemento desconocido. Los científicos llamaron a este elemento misterioso "helio", después de Helios, el dios griego del sol.

El descubrimiento de helio en la Tierra tomó más tiempo. Según la Real Sociedad de Química, el físico italiano Luigi Palmieri observó una longitud de onda de 587,49 nanómetros en los gases emitidos desde el Monte Vesubio en 1882, la primera detección de helio en la Tierra. Sin embargo, no fue hasta 1895 que se confirmó la presencia de helio en la Tierra y que el científico descubrió su peso atómico. El crédito por este descubrimiento va a los químicos suecos Per Teodor Cleve y Nils Abraham Langer.

La atmósfera de la Tierra es solo alrededor de 5 partes por millón, o 0.0005 por ciento, helio. Como tal, no es económico extraer el gas del aire. En cambio, el helio que se usa en la ciencia y la industria en la actualidad proviene del gas natural, donde este elemento se descubrió por primera vez en 1905.

La sugerencia inicial de que el helio estaba al acecho en el gas natural se produjo en 1903, según la American Chemical Society (ACS). En la celebración de un nuevo pozo de gas en Dexter, Kansas, el alcalde intentó encender los gases que escapaban, solo para descubrir que las llamas se habían extinguido. La mayoría de la gente del pueblo estaba decepcionada, pero el geólogo del estado de Kansas, Erasmus Haworth, sintió curiosidad. Recogió el gas del pozo y descubrió que el 12 por ciento estaba hecho de un "residuo inerte". Otros experimentos durante los próximos dos años en la Universidad de Kansas revelaron gas helio entre este residuo.

Al principio, nadie pensó que el descubrimiento de helio en el gas natural tuviera mucha aplicación. Pero durante la Primera Guerra Mundial, los líderes militares y los científicos comenzaron a presionar por el uso del helio en los dirigibles. Los globos de helio no se utilizaron mucho en la Primera Guerra Mundial debido al costo de producción, según la ACS, pero se hicieron mucho más comunes en la Segunda Guerra Mundial, momento en el cual el costo del helio se había reducido.

Hoy en día, el helio se encuentra con frecuencia en laboratorios que requieren temperaturas extra frías para los experimentos, ya que este gas inerte se puede enfriar a temperaturas cercanas al cero absoluto. Según la American Physical Society, la mayor parte del helio en los Estados Unidos se usa en la industria y en el enfriamiento de los imanes en las máquinas de resonancia magnética (MRI). Solo un 3 por ciento del helio usado en los Estados Unidos cada año es consumido por laboratorios científicos. El helio líquido también enfría los imanes en el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más grande del mundo, hasta -456.34 grados Fahrenheit (-271.3 grados Celsius).

Los Estados Unidos producen aproximadamente el 75 por ciento del helio del mundo, con Qatar en segundo lugar. En 2013, los temores de una escasez global de helio surgieron cuando entró en vigencia una ley de 1996 que exigía a la Oficina de Administración de Tierras de los Estados Unidos vender las reservas federales de helio a bajo precio, desalentando el desarrollo de nuevas fuentes de helio. Sin embargo, el Congreso actuó y aprobó la Ley de administración de helio de 2013, que desaceleró la venta de helio federal y permitió que el BLM subastara el gas a precios más altos. El proyecto de ley impidió que el gobierno federal subcotizara a los productores privados, lo que alentó a más fuentes de producción de helio a conectarse.

El átomo de helio tiene un protón y dos electrones.

El átomo de helio tiene un protón y dos electrones.

Crédito: bobyramone, Andrei Marincas Shutterstock

¿Quien sabe?

  • La Reserva Federal de Helio, operada por la Oficina de Administración de Tierras de los Estados Unidos, está cerca de Amarillo, Texas. Posee más del 40 por ciento del helio usado anualmente en los Estados Unidos.
  • El helio es un gas noble, un grupo de gases no reactivos y estables que también incluyen neón, argón, criptón, xenón y radón.
  • A partir de 2010, se necesitaron 300,000 pies cúbicos de helio para flotar los 15 globos de caracteres en el Desfile del Día de Acción de Gracias de Macy de ese año, el volumen equivalente de 2.2 millones de galones de leche.
  • El helio en la Tierra se forma cuando los elementos radiactivos en la corteza se descomponen, produciendo partículas cargadas positivamente llamadas partículas alfa. Cuando estas partículas alfa atraen un par de electrones, el resultado es un átomo de helio.
  • De acuerdo con el Laboratorio de Jefferson, nadie ha logrado que el helio se haya combinado con otro elemento para crear un compuesto. Es solo que inerte.

La investigación actual

El helio está ayudando a los científicos a superar los límites de su conocimiento sobre física y química, gracias a su conveniente capacidad para convertirse en un superfluido con relativa facilidad.

Los superfluidos son líquidos que se comportan como si no tuvieran viscosidad o resistencia al flujo. "Cuando los átomos se juntan en un estado superfluido, de repente se comportan como un solo objeto", dijo Oliver Gessner, científico principal del Laboratorio de Ciencia de Rayos X Ultrafast en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y uno de los principales investigadores en Proyecto que se adentró en el helio superfluido y observó un comportamiento muy extraño.

Gessner y sus colegas buscaban forzar los límites de la física fundamental al probar el comportamiento de los flujos superfluidos en condiciones nunca antes estudiadas. Se volvieron al helio porque los átomos de este elemento se juntan en un estado superfluido a temperaturas que son relativamente fáciles de generar, dijo Gessner a WordsSideKick.com: aproximadamente 2 Kelvin, o menos 456 grados Fahrenheit (menos 271 grados Celsius). Otros elementos se congelarían a esas temperaturas, dijo Gessner.

Los investigadores lanzaron el líquido a una cámara de vacío a través de una boquilla de solo 5 micrones de ancho, aproximadamente el mismo diámetro que un glóbulo rojo. Las pequeñas gotas existen por milisegundos mientras vuelan por la cámara a unos 655 pies (200 metros) por segundo, dijo Gessner.

Increíblemente, utilizando un láser de electrones libres de rayos X, los científicos pueden observar estos blancos en movimiento al emitir pulsos de luz en el aire. Descubrieron que las gotas se comportan como superfluidos.

Desde la distancia, el comportamiento de las gotas parece casi banal. Giran y se comprimen ligeramente, pasando de esférica a un poco aplanada, al igual que una gota de líquido rotativo regular podría hacer. Pero a la vez, dijo Gessner, estas gotitas se están comportando de acuerdo con las reglas de la física cuántica, que se ocupan del comportamiento de los objetos de tamaño nanométrico. Dentro de cada gota hay una rejilla de vórtices parecidos a tornados. La suma de la rotación de estos tornados infinitesimalmente pequeños es lo que impulsa la rotación de todas las gotas, dijo Gessner.

"Al mismo tiempo que se comporta, en cierto modo, como un líquido clásico, a escala microscópica, muestra un claro comportamiento cuántico", dijo.

El estudio, publicado en agosto de 2014 en la revista Science, estudió las gotas de superfluido de helio a medida que giraban a una velocidad 100.000 veces más rápida que las que se habían estudiado en el laboratorio. Esas velocidades de formación de ampollas son importantes para impulsar la comprensión de la física, dijo Gessner.

"Si encuentras que cierta ley de la física es válida para una cierta velocidad o un cierto tamaño de objeto, ¿es también válida para algo que es 100,000 veces más grande o 100,000 veces más rápido?" él dijo. El equivalente podría ser construir un castillo de arena de un metro, o unos tres pies de altura, y luego hacer una prueba para descubrir si puede usar los mismos principios de diseño para construir un castillo de arena de 100 kilómetros, o 62 millas, dijo Gessner.

Las gotitas superfluidas de helio aún contienen misterios, incluido el origen de la extraña rejilla de vórtices. Los investigadores ahora saben que el método de la pequeña boquilla funciona para crear estas gotitas giratorias, pero no por qué.

"Un aspecto que no hemos tocado en absoluto en el último estudio es de dónde proviene realmente esta vorticidad, y ¿cómo podríamos eventualmente controlarla?" Dijo Gessner.

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Recursos adicionales

  • Real Sociedad de Química: Helio
  • Jefferson Lab: El Elemento Helio
  • Tabla periódica de Chemicool: hechos sobre el helio


Suplemento De Vídeo: BALÓN RELLENO de HELIO VS de AIRE!! - Experimento de Fútbol.




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