Hélio: Propriedades e usos do elemento
Descrição
O hélio é um gás nobre que desempenha um papel essencial em várias aplicações científicas e industriais. Esta postagem do blog aborda suas propriedades, usos comuns e métodos de preparação.
Introdução ao elemento
O hélio é um gás monoatômico incolor, inodoro, insípido, não tóxico, inerte e que encabeça o grupo dos gases nobres na tabela periódica. É o segundo elemento mais leve do universo, depois do hidrogênio, e é encontrado principalmente em estrelas, incluindo o nosso sol. O hélio é amplamente utilizado em vários campos devido às suas propriedades exclusivas, incluindo baixos pontos de ebulição e fusão, que o tornam ideal para aplicações criogênicas e de alta tecnologia.
Descrição das propriedades químicas
O hélio é quimicamente inerte devido à sua camada externa completa de elétrons, o que o torna extremamente estável. Como um gás nobre, ele não forma prontamente compostos com outros elementos em condições normais. Sua falta de reatividade o torna altamente valioso em aplicações em que a estabilidade química é crucial. O hélio não reage com oxigênio, nitrogênio ou outros gases em temperatura ambiente e permanece não inflamável mesmo na presença de calor ou fogo.
O hélio também é incolor e inodoro, o que aumenta sua segurança e conveniência em várias aplicações industriais e científicas. Embora seja quimicamente inerte em sua maior parte, em altas pressões e temperaturas, ele pode formar compostos com elementos como sódio, potássio e lítio em condições laboratoriais controladas.
Propriedades físicas
O hélio tem várias propriedades físicas notáveis que o tornam útil em uma variedade de campos. Abaixo está uma tabela que resume as propriedades físicas do hélio:
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Propriedade |
Valor |
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Número atômico |
2 |
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Peso atômico |
4.002602 u |
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Ponto de ebulição |
-268.93°C |
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Ponto de fusão |
-272.2°C |
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Densidade |
0,1786 g/L (a 0°C e 1 atm) |
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Cor |
Incolor |
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Odor |
Inodoro |
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Símbolo químico |
He |
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Ponto de ebulição (a 1 atm) |
4.22 K |
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Capacidade de calor específica |
5,19 J/mol-K |
Os baixos pontos de ebulição e fusão do hélio fazem dele o único elemento que permanece líquido em temperaturas próximas ao zero absoluto, o que lhe confere aplicações exclusivas em criogenia e super-resfriamento. Para obter mais informações, consulte a Stanford Advanced Materials (SAM).
Usos comuns
O hélio tem uma ampla gama de usos em vários setores, desde aplicações médicas até tecnologias aeroespaciais. Alguns dos usos mais comuns incluem:
- Criogenia: O hélio é crucial para o resfriamento de ímãs supercondutores usados em máquinas de ressonância magnética e em aceleradores de partículas. Seu baixo ponto de ebulição permite que ele atinja temperaturas extremamente baixas.
- Balões e dirigíveis: O hélio é usado para encher balões e dirigíveis porque é mais leve que o ar e não é inflamável, ao contrário do hidrogênio, que é altamente inflamável.
- Misturas para respiração: No mergulho autônomo, o hélio é usado em misturas de gases (como o Trimix) para evitar a narcose por nitrogênio em altas pressões.
- Detecção de vazamentos: O hélio é usado na detecção de vazamentos em sistemas de alto vácuo, devido ao seu pequeno tamanho atômico e baixo peso molecular.
- Soldagem: o hélio serve como gás de proteção na soldagem a arco porque evita a oxidação dos materiais, garantindo soldas de alta qualidade.
Métodos de preparação
O hélio é extraído principalmente de depósitos de gás natural, onde se acumula em pequenas quantidades. O processo de extração normalmente envolve:
- Destilação criogênica: Nesse método, o gás natural é resfriado a temperaturas muito baixas, permitindo que o hélio se separe de outros gases.
- Adsorção por oscilação de pressão: Esse método usa materiais adsorventes para separar o hélio de outros componentes do gás natural.
O hélio também pode ser obtido como subproduto durante o refino do minério de urânio ou a partir do decaimento radioativo de elementos mais pesados, como o tório e o urânio, que emitem hélio como parte de seu processo de decaimento.
Produtos industriais relacionados
Vários produtos dependem do hélio ou são produzidos usando hélio em seu processo de fabricação. Esses produtos incluem:
- Freezers criogênicos: Usados em aplicações médicas e científicas, esses sistemas dependem do hélio para resfriamento.
- Ímãs supercondutores: Usados em máquinas de ressonância magnética e outros equipamentos de alta tecnologia, esses ímãs requerem hélio líquido para manter baixas temperaturas.
- Lasers de hélio-neônio: Esses lasers, comumente usados em pesquisas científicas e scanners de código de barras, dependem do hélio para sua operação.
- Fabricação de semicondutores: O hélio é usado na produção de semicondutores, especialmente em processos que exigem temperaturas muito baixas ou atmosferas controladas.
Perguntas frequentes
Por que o hélio é usado em balões em vez de hidrogênio?
O hélio não é inflamável, enquanto o hidrogênio é altamente inflamável e representa um risco de segurança significativo, especialmente em situações em que pode ocorrer uma explosão.
O hélio pode ser produzido na Terra?
Normalmente, o hélio é extraído de reservas de gás natural, mas também pode ser produzido por reações nucleares, como o decaimento de elementos radioativos.
O hélio é prejudicial aos seres humanos?
O hélio não é tóxico e geralmente é considerado seguro. Entretanto, a inalação de grandes quantidades de hélio pode deslocar o oxigênio dos pulmões, levando à asfixia.
Por que o hélio é tão caro?
O hélio é relativamente raro e de extração cara, exigindo equipamentos especializados para sua separação e purificação do gás natural.
Como o hélio é usado na medicina?
O hélio é usado em criogenia para resfriar os ímãs supercondutores em máquinas de ressonância magnética e também faz parte de misturas de gases respiratórios para pacientes com problemas respiratórios.
