Helio: propiedades, origen, aplicaciones y seguridad
Artículo enciclopédico sobre el helio: características físicas, isótopos, descubrimiento, producción, usos técnicos, aplicaciones científicas y riesgos asociados.
El helio es un elemento químico ligero y no metálico cuyo símbolo es He y cuyo número atómico es 2, lo que lo sitúa como el segundo elemento más simple después del hidrógeno. En condiciones normales es un gas incoloro e inodoro con propiedades físicas singulares que lo diferencian del resto de los gases.
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Propiedades físicas y químicas
El helio pertenece a la familia de los gases nobles, lo que explica que en condiciones ordinarias no reaccione fácilmente con otros elementos. Tiene el punto de ebullición más bajo de todos los elementos y presenta fenómenos de la física cuántica a bajas temperaturas: el helio-4 se vuelve superfluido por debajo de la llamada temperatura lambda. Aunque es químicamente inerte, bajo condiciones extremas y con ayuda de técnicas avanzadas se han propuesto o detectado especies efímeras y complejos muy inusuales (compuestos de helio investigados en laboratorio).
En la naturaleza se conocen varios isótopos de helio; los dos estables más relevantes son el 3He y el 4He, siendo el 4He el isotopo dominante. El comportamiento isotópico tiene implicaciones prácticas: el 3He es raro y muy valorado en investigación y detección neutrones, mientras que el 4He es el que se emplea habitualmente en aplicaciones criogénicas.
Historia y detección
La existencia del helio fue detectada primero en el espectro del Sol en 1868, cuando observadores registraron una línea espectral desconocida que apuntaba a un nuevo elemento (espectro solar). Su descubrimiento en la Tierra se produjo posteriormente y permitió su aislamiento y estudio en laboratorio.
Origen y obtención
En el cosmos, el helio se produce por fusión nuclear en el interior de las estrellas, donde núcleos de hidrógeno se combinan para formar helio. Aunque es el segundo elemento más abundante del universo, en la corteza terrestre su concentración es baja. En la Tierra, gran parte del helio se obtiene por desintegración radiactiva de minerales que contienen elementos pesados como torio o uranio; las partículas alfa emitidas en esos procesos son núcleos de helio-4 y pueden quedar atrapadas en depósitos de gas natural desde donde se extrae comercialmente.
Aplicaciones
El helio tiene usos industriales, científicos, médicos y recreativos. Se emplea para inflar globos y en aeronaves ligeras como dirigibles por su densidad inferior a la del aire, lo que aporta flotabilidad sin riesgo de combustión. En medicina y tecnología es fundamental en criogenia: el helio líquido permite enfriar imanes superconductores en equipos de resonancia magnética y de investigación. El gas también se usa como atmósfera inerte en soldadura y procesos industriales, como gas portador en cromatografía y en mezclas respirables para buceo técnico.
- Investigación y física: el 3He y el 4He son esenciales en estudios de bajas temperaturas, física de superfluidez y en detectores de partículas.
- Medicina: refrigerante en equipos de imagen por resonancia magnética y en algunas técnicas de imagen de investigación.
- Industria: gas de protección, pruebas de fugas y atmósferas controladas en fabricación electrónica.
- Ocio: uso recreativo en globos y voces alteradas temporalmente al inhalar pequeñas cantidades (cambio de tono), que suele aparecer como broma en fiestas.
Riesgos, seguridad y suministro
Respirar helio puro es peligroso: al desplazar el oxígeno puede producir hipoxia, con riesgo de pérdida de conciencia y asfixia; además, la inhalación directa de helio procedente de cilindros a alta presión puede causar lesiones graves por sobrepresión. El uso repetido o prolongado en condiciones inadecuadas puede afectar las cuerdas vocales y la audición. Por ello es importante manipular el gas con precaución y en instalaciones adecuadas.
Desde el punto de vista de suministro, pese a ser cosmológicamente abundante, el helio es un recurso limitado en la corteza terrestre y su extracción depende de yacimientos específicos de gas natural y de la recuperación y reciclado industrial. Esto ha llevado a políticas de gestión, reciclaje y conservación en sectores críticos que dependen del helio.
En resumen, el helio es un elemento de gran importancia científica e industrial, con propiedades únicas que lo hacen indispensable en criogenia y en numerosas aplicaciones técnicas, pero también exige medidas de seguridad y una gestión responsable dada su relativa escasez en el entorno terrestre.
Historia
El helio fue descubierto por el astrónomo francés Pierre Janssen el 18 de agosto de 1868 como una línea amarilla brillante en el espectro de la cromosfera del Sol. Se pensó que la línea era de sodio. Ese mismo año, el astrónomo inglés Norman Lockyer también la observó y descubrió que era causada por un nuevo elemento. Lockyer y el químico inglés Edward Frankland bautizaron el elemento con el nombre de helio, de la palabra griega para el Sol, ἥλιος (helios).
Características
El helio es el segundo gas noble menos reactivo después del neón. Es el segundo menos reactivo de todos los elementos. Es químicamente inerte y monatómico en todas las condiciones estándar. El helio es el gas monatómico menos soluble en agua.
Utiliza
El helio se utiliza como gas de protección en el cultivo de cristales de silicio y germanio, en la fabricación de titanio y circonio, y en la cromatografía de gases, porque es inerte. El helio se utiliza como gas de protección en la soldadura por arco.
El helio se mezcla con el oxígeno y otros gases para las inmersiones submarinas profundas porque no provoca narcosis por nitrógeno.
El helio también se utiliza para condensar el hidrógeno y el oxígeno para fabricar el combustible de los cohetes. Se utiliza para eliminar el combustible y el oxidante de los equipos de apoyo en tierra antes del lanzamiento de los cohetes. Se utiliza para enfriar el hidrógeno líquido en los vehículos espaciales antes del lanzamiento de los cohetes.
El helio se utiliza como medio de transferencia de calor en algunos reactores nucleares que se enfrían con gas. El helio también se utiliza en algunas unidades de disco duro. El helio a bajas temperaturas se utiliza en la criogenia.
Suministro
El helio se ha vuelto raro en la Tierra. Si se libera en el aire, abandona el planeta. A diferencia del hidrógeno, que reacciona con el oxígeno para formar agua, el helio no es reactivo. Permanece como un gas. Durante muchos años, después de la Ley del Helio de 1925, Estados Unidos recogió helio en una Reserva Nacional de Helio. El helio estadounidense procede de pozos de la zona de las Grandes Llanuras. En la actualidad, Qatar suministra más helio que Estados Unidos.
Varias organizaciones de investigación han publicado declaraciones sobre la escasez y la conservación del helio. Estas organizaciones publicaron recomendaciones políticas ya en 1995 y en 2016 instando al gobierno de Estados Unidos a almacenar y conservar el helio debido a los límites naturales del suministro de helio y a la naturaleza única del elemento. Para los investigadores, el helio es insustituible porque es esencial para producir temperaturas muy bajas. El helio a bajas temperaturas se utiliza en la criogenia y en ciertas aplicaciones criogénicas. El helio líquido se utiliza para enfriar ciertos metales a las temperaturas extremadamente bajas necesarias para la superconductividad, como en los imanes superconductores para la obtención de imágenes por resonancia magnética.
Preguntas y respuestas
P: ¿Cuál es el símbolo químico del helio?
R: El símbolo químico del helio es He.
P: ¿Cuántos isótopos de helio hay?
R: Hay 9 isótopos de helio, de los cuales sólo dos son estables.
P: ¿Qué hace que el helio sea un gas noble?
R: El helio se denomina gas noble porque no se mezcla regularmente con otras sustancias químicas y forma nuevos compuestos.
P: ¿Qué color y olor tiene el helio?
R: El helio no tiene color ni olor. Sin embargo, cuando se coloca en un campo eléctrico, tiene un brillo rojo-anaranjado.
P: ¿Cuándo detectaron los astrónomos la presencia del helio por primera vez?
R: Los astrónomos detectaron por primera vez la presencia de helio en 1868, cuando se identificó su espectro en la luz del Sol. Esto fue antes de su descubrimiento en la Tierra.
P: ¿Qué usos tiene el helio en la Tierra?
R: En la Tierra, el helio se utiliza para llenar globos y dirigibles debido a su menor densidad que el aire, así como en algunos tipos de bombillas. También se puede respirar, pero esto puede ser peligroso si se inhala demasiado, ya que puede causar hipoxia, que puede herir o matar a alguien que no esté respirando aire normal, y efectos a largo plazo en las cuerdas vocales.
P: ¿Cómo se crea el helio de forma natural en la Tierra?
R: En la Tierra, el helio se fabrica mediante la desintegración radiactiva natural de elementos radiactivos pesados como el torio y el uranio, aunque hay otros ejemplos. Las partículas alfa emitidas por estas desintegraciones están formadas por núcleos de helio-4.
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Autor
AlegsaOnline.com Helio: propiedades, origen, aplicaciones y seguridad Leandro Alegsa
URL: https://es.alegsaonline.com/art/43369
Fuentes
- degruyter.com : "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)"
- doi.org : 10.1515/pac-2015-0305
- doi.org : doi:10.1002/0471238961.0701190508230114.a01
- www-d0.fnal.gov : Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds
- aps.org : aps.org/policy/statements/95_3.cfm
- wikidata.org : wikidata.org/wiki/Q560
- catalogue.bnf.fr : cb11978648w
- data.bnf.fr : (data)
- d-nb.info : 4132459-6
- id.loc.gov : sh85060043
- catalog.archives.gov : 10640583
- id.ndl.go.jp : 00563132
- aleph.nkp.cz : ph503003