Hélio (He)

O hélio é um elemento químico que pertence à família dos gases nobres, conhecidos por sua estabilidade e inércia. A palavra hélio tem origem no grego antigo, helios, que significa “sol”. Isso se deve ao fato de que ele foi descoberto, pela primeira vez, no espectro solar, durante um eclipse em 1868, antes de ser encontrado na Terra. Em meio a tantas características, apresenta um ponto de ebulição extremamente baixo, essencial em aplicações de criogenia, além de ser utilizado em uma variedade de indústrias, que vão desde a medicina até a indústria aeroespacial.

Ademais, esse elemento é amplamente reconhecido por sua aplicação em balões de festa, que flutuam quando cheios desse gás devido à sua leveza em comparação com o ar atmosférico. Essa propriedade, portanto, aliada à sua segurança como gás não inflamável, diferencia-o de outros gases, como o hidrogênio, que, embora mais leve, apresenta riscos de inflamabilidade.

Leia também: Hidrogênio — detalhes sobre o elemento químico que possui número atômico 1

Resumo sobre o hélio

• O hélio é um elemento químico da Tabela Periódica com número atômico 2 e símbolo He.
• É um gás nobre, incolor, inodoro, insípido e não tóxico.
• Tem a menor temperatura de ebulição de todos os elementos.
• Foi descoberto, pela primeira vez, no espectro solar durante um eclipse em 1868.
• É o segundo elemento mais abundante no Universo, mas, na Terra, é relativamente raro.
• Tem aplicações como: encher balões, resfriar equipamentos supercondutores e na indústria de soldagem.
• É não inflamável e seguro para uso em ambientes onde a inflamabilidade é uma preocupação.

O que é hélio?

O hélio é um elemento químico que pertence à família dos gases nobres, conhecidos por sua estabilidade e inércia. Além disso, é o segundo elemento mais leve e o segundo mais abundante no Universo, sendo muito comum em estrelas, incluindo o Sol. No entanto, na Terra, é relativamente raro e é frequentemente obtido como subproduto do processo de extração de gás natural.

Quais são as propriedades do hélio?

• Símbolo: He
• Número atômico: 2
• Massa atômica: 4,002602 u
• Série química: gás nobre, pertencente ao grupo 18 da Tabela Periódica.
• Configuração eletrônica: 1s²
• Eletronegatividade: 0
• Afinidade eletrônica: 0 kJ/mol
• Eletropositividade: 0
• Estados de oxidação: 0
• Ponto de fusão: -272,2 °C
• Ponto de ebulição: -268,9 °C
• Densidade: 0.0001785 g/cm³
• Energia de ionização: 2372,3 kJ/mol
• Estado físico à temperatura ambiente: gasoso

Aplicações do hélio

O hélio tem diversas aplicações, tanto no âmbito científico quanto no tecnológico. Por exemplo, ele é utilizado como gás de resfriamento em reatores de fusão nuclear devido à sua capacidade de permanecer líquido em temperaturas extremamente baixas, sendo essencial para alcançar as condições necessárias para a fusão nuclear. Podemos listar outras aplicações interessantes, como:

• Enchimento de balões: esse gás é frequentemente usado para encher balões devido ao fato de ser mais leve que o ar e de fazer com que os balões flutuem.

• Criogenia: é usado em sistemas de refrigeração de baixa temperatura devido ao seu baixo ponto de ebulição, como em ressonância magnética e em experimentos científicos.
• Indústria de soldagem: é usado como gás de proteção em processos de soldagem para evitar a oxidação do metal fundido.
• Pressurização: é usado para pressurizar sistemas em aplicações em que a inflamabilidade é uma preocupação, como em foguetes.
• Detecção de vazamentos: é usado em sistemas de detecção de vazamentos devido à sua capacidade de penetrar em pequenas aberturas, como em tubulações e em tanques de armazenamento.

Principais características do hélio

O hélio é um dos poucos elementos que existem em estado gasoso em temperatura ambiente, sem contar que é conhecido por sua baixa densidade, baixo ponto de ebulição e baixa solubilidade em água. Em vista disso, destacamos, a seguir, algumas das principais características desse elemento:

• Leveza: é um dos gases mais leves, o que o torna ideal para encher balões e dirigíveis, já que faz com que eles flutuem no ar.
• Inflamabilidade: não é inflamável, o que o torna seguro para uso em situações em que a inflamabilidade é uma preocupação, como em sistemas de pressurização.
• Estabilidade: é um gás nobre, o que significa que é muito estável e não reage facilmente com outros elementos. Isso o torna ideal para aplicações em que é necessário um ambiente não reativo, como em processos de soldagem.
• Baixa solubilidade: é pouco solúvel em água e em outros líquidos, o que o torna útil em aplicações em que é necessário um gás que não se dissolva facilmente.
• Baixa temperatura de ebulição: tem uma temperatura de ebulição extremamente baixa, o que o torna útil em aplicações que requerem temperaturas muito baixas, como em criogenia.

Veja também: Nitrogênio — elemento químico que se caracteriza como o principal constituinte do ar atmosférico

Onde encontrar gás hélio?

O gás hélio é encontrado naturalmente em reservatórios de gás natural, onde é produzido como subproduto da decomposição radioativa de certos minerais na crosta terrestre. No entanto, a quantidade desse elemento encontrado no gás natural é relativamente baixa, o que torna sua extração e purificação um processo caro. Sendo assim, para uso comercial, ele é geralmente obtido de reservatórios subterrâneos específicos onde a sua concentração é mais alta.

Uma vez extraído, passa por processos de purificação para remover outros gases e impurezas. Além disso, ele pode ser adquirido em empresas especializadas em gases industriais e medicinais, as quais fornecem cilindros de hélio comprimido para uma variedade de aplicações, como enchimento de balões, criogenia e soldagem.

Obtenção do hélio

A obtenção do hélio geralmente envolve a extração de reservatórios subterrâneos, onde esse gás está presente em concentrações mais altas. Sendo assim, o seu processo de obtenção pode variar, mas geralmente envolve as seguintes etapas:

1. Extração: é extraído com o gás natural de reservatórios subterrâneos. Nesse caso, por ele ser mais leve que o ar, tende a se acumular nas partes mais altas dos reservatórios.
2. Separação: posteriormente ele é separado dos outros gases presentes no gás natural, como o metano e o dióxido de carbono, via processos de liquefação e destilação fracionada. Sendo assim, como o ponto de ebulição do hélio é extremamente baixo, ele pode ser separado dos outros gases por meio da destilação.
3. Purificação: após a separação, ele passa por processos de purificação para remover quaisquer impurezas restantes.
4. Armazenamento e distribuição: por fim, o hélio purificado é então armazenado e distribuído em cilindros comprimidos para uso em diversas aplicações.

Gás hélio afina a voz por quê?

O gás hélio afina a voz porque tem uma densidade muito baixa em comparação com o ar. Em outras palavras, quando você respira o gás hélio, a velocidade do som na sua garganta aumenta, resultando em um som mais agudo. Isso ocorre porque o som viaja mais rapidamente no hélio do que no ar, alterando temporariamente a frequência da sua voz e dando a impressão de que ela está mais aguda. No entanto, é importante lembrar que inalar esse gás pode ser perigoso se não for feito corretamente, pois pode causar asfixia devido à falta de oxigênio.

História do hélio

A história do hélio começa no século XIX, quando os cientistas estudavam a luz emitida pelo Sol durante um eclipse solar. Nesse contexto, em 1868, durante um eclipse, o astrônomo francês Jules Janssen e o astrônomo inglês Joseph Norman Lockyer observaram uma linha espectral desconhecida no espectro solar e que mais tarde foi identificada sendo oriunda do hélio.

No entanto, esse gás só foi isolado pela primeira vez na Terra em 1895, pelo químico britânico Sir William Ramsay, o qual estava estudando minerais que continham urânio e descobriu que o gás que era liberado desses minerais não correspondia a nenhum outro conhecido na época. Diante disso, Ramsay nomeou esse novo elemento como hélio, em referência ao deus grego do Sol.

Não demorou muito, o hélio se tornou importante para a ciência e a tecnologia. Nesse sentido, foi usado para encher balões meteorológicos e dirigíveis, devido à sua baixa densidade, o que os fazia flutuar. Não obstante, durante a Primeira Guerra Mundial, o governo dos Estados Unidos começou a construir reservatórios desse gás para uso em dirigíveis militares, o que levou à construção da Reserva Estratégica de Hélio dos Estados Unidos. Veja, a seguir, um dirigível militar dos Estados Unidos usado na Segunda Guerra Mundial:

Atualmente, as aplicações do hélio foram expandidas em uma variedade que vai desde a criogenia até a indústria de semicondutores. Além de ser essencial para a ressonância magnética nuclear (RMN) em hospitais, também é usado em aplicações de soldagem e corte de metais.

Precauções com o hélio

Quando se trata de hélio, é importante tomar algumas precauções para garantir a segurança, especialmente ao manusear o gás em ambientes não controlados. Sendo assim, listamos abaixo alguns cuidados que devem ser tomados ao manuseá-lo.

1. Ao usá-lo em espaços fechados, certifique-se de que haja uma ventilação adequada para evitar a acumulação de gás e garantir a entrada de oxigênio suficiente.
2. Deve ser armazenado em cilindros adequados, longe de fontes de calor ou chamas abertas. Os cilindros, por sua vez, devem ficar em áreas bem ventiladas e protegidos contra danos físicos.
3. Ao transportar cilindros de hélio, certifique-se de que estão adequadamente presos para evitar quedas ou danos. Use equipamento de proteção adequado, como luvas e óculos de proteção, ao manuseá-los.
4. Por fim, nunca inale hélio diretamente de um cilindro ou balão, pois a inalação pode causar asfixia devido à falta de oxigênio, podendo ser fatal.

Curiosidades sobre o hélio

Diante de todas as características e propriedades do hélio, vale a pena destacar algumas curiosidades sobre ele, por exemplo:

• O hélio-4, um dos isótopos desse elemento, exibe um fenômeno chamado superfluidez em temperaturas muito baixas, próximo ao zero absoluto. Isso significa que ele flui sem nenhuma viscosidade e pode até subir pelos lados de um recipiente.
• O hélio está presente em estrelas, incluindo o Sol, e em planetas gasosos, como Júpiter e Saturno.
• Desempenha um papel fundamental na exploração espacial, sendo usado para pressurizar o combustível em foguetes. Por ser um gás inerte, não reage com o combustível, o que é crucial para evitar explosões e permitir que os foguetes sejam lançados com segurança ao espaço.

Crédito de imagem

^[1]Alicepublic / Wikimedia Commons (reprodução)

Fontes

ANDERSON, Steven T. Economics, Helium, and the U.S. Federal Helium Reserve: Summary and Outlook. Natural Resources Research, [s. l.], v. 27, n. 4, p. 455–477, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.1007/s11053-017-9359-y.

CARFORA, Anna et al. Helium Suicide, a Rapid and Painless Asphyxia: Toxicological Findings. Toxics, [s. l.], v. 10, n. 8, 2022.

EDER, L. V. et al. World energy market in the conditions of low oil prices, the role of renewable energy sources. Energy Procedia, [s. l.], v. 153, p. 112–117, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.10.068.

GLOWACKI, Bartek A.; NUTTALL, William J.; CLARKE, Richard H. Beyond the Helium Conundrum. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, [s. l.], v. 23, n. 3, 2013. Disponível em: http://ieeexplore.ieee.org/document/6425422/.

HELIUM: THE DISAPPEARING ELEMENT. Choice Reviews Online, [s. l.], v. 52, n. 12, p. 52-6406-52–6406, 2015.

MONIER, Richard. New Determinations of the Surface Abundances of HD 1909: Paper I: The Light Elements (from Helium to Sulfur). Research Notes of the AAS, [s. l.], v. 7, n. 2, p. 30, 2023.

NUTTALL, William J.; CLARKE, Richard H.; GLOWACKI, Bartek A. The future of helium as a natural resource. [S. l.: s. n.], 2012.

PEIXOTO, Eduardo Motta Alves. Hidrogênio e Hélio. Química Nova na Escola, [s. l.], v. 1, p. 1995, 1995.

PROVORNAYA, I. V. et al. Prospects for the global helium industry development. Energy Reports, [s. l.], v. 8, p. 110–115, 2022.

SIDDHANTAKAR, Ankesh et al. Helium resource global supply and demand: Geopolitical supply risk analysis. Resources, Conservation and Recycling, [s. l.], v. 193, 2023.

TAO, Shizhen et al. Helium: Accumulation model, resource exploration and evaluation, and integrative evaluation of the entire industrial chain. Earth Science Frontiers, [s. l.], v. 31, n. 1, p. 351–367, 2024.