Primero descubierto en la corona que rodea al sol y luego encontrado en los gases que se escapan del Vesubio, el helio es el segundo elemento más abundante en el universo.
El segundo elemento de la tabla periódica de elementos es inerte, incoloro e inodoro, pero lejos de ser aburrido. El helio aparece en 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 de lo extraño " voz chillona "efecto cuando se inhala helio. Cuanto menos denso es el gas que rodea las cuerdas vocales, más rápido vibran, enviando el tono de la voz hacia el cielo. Sin embargo, practique este truco de fiesta con moderación: el helio reemplaza el oxígeno en los pulmones y puede matarlosi inhalas lo suficiente.
Siga leyendo para obtener más información sobre este gas más liviano que el aire, su increíble historia de descubrimiento y todos sus innumerables usos en la actualidad.
solo los hechos
Según Laboratorio nacional de aceleradores lineales de Jefferson , las propiedades del helio son :
- Número atómico número de protones en el núcleo: 2
- símbolo atómico en 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 estables
- 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 estaba presente en la India para observar y medir la atmósfera del Sol, conocida como cromosfera. En el espectro de gases que observó en elLa cromosfera era una extraña línea amarilla con una longitud de onda de 587,49 nanómetros, según Laboratorio de Jefferson
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 erala huella digital de un elemento desconocido. Los científicos llamaron a este elemento misterioso "helio", en honor a Helios, el dios griego del sol.
El descubrimiento de helio en la Tierra tomó más tiempo. Según Real Sociedad de Química , el físico italiano Luigi Palmieri observó una longitud de onda de 587,49 nanómetros en los gases emitidos por 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 descubriósu peso atómico. El crédito de este descubrimiento es para los químicos suecos Per Teodor Cleve y Nils Abraham Langer.
La atmósfera de la Tierra tiene solo unas 5 partes por millón, o 0,0005 por ciento, de helio. Como tal, no es económico extraer el gas del aire. En cambio, el helio que se usa en la ciencia y la industria hoy en día proviene del gas natural, donde este elemento estabadescubierto por primera vez en 1905.
El indicio inicial de que el helio acechaba en el gas natural ocurrió en 1903, según Sociedad Química Estadounidense ACS. En una 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 apagaron. La mayoría de los habitantes estaban decepcionados, pero el geólogo del estado de Kansas, Erasmus Haworthse volvió curioso. Hizo recolectar el gas del pozo y descubrió que el 12 por ciento estaba hecho de un "residuo inerte". Experimentos adicionales durante los siguientes 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 dirigibles de helio no se usaron mucho en la Primera Guerra Mundial porquedel costo de producción, según la ACS, pero se volvieron mucho más comunes en la Segunda Guerra Mundial, momento en el cual el costo del helio había bajado.
Hoy en día, el helio se encuentra con frecuencia en laboratorios que requieren temperaturas muy frías para los experimentos, porque este gas inerte se puede enfriar a temperaturas cercanas al cero absoluto. Según Sociedad Estadounidense de Física , la mayor parte del helio en los Estados Unidos se usa en la industria y para enfriar los imanes en máquinas de imágenes por resonancia magnética MRI. Solo alrededor del 3 por ciento del helio que se usa 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.
Estados Unidos produce alrededor del 75 por ciento del helio del mundo, y Qatar ocupa el segundo lugar. En 2013 se avecinaban temores de una escasez mundial de helio cuando entró en vigor una ley de 1996 que exigía a la Oficina de Administración de Tierras de los EE. UU. 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 ralentizó la venta de helio federal y permitió que 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 que más fuentes de producción de helio se conectaran en línea.
¿Quién sabía?
- La Reserva Federal de Helio, operada por la Oficina de Administración de Tierras de EE. UU., Está cerca de Amarillo, Texas. Contiene más del 40 por ciento del helio que se usa anualmente en los Estados Unidos.
- El helio es un gas noble, un grupo de gases estables y no reactivos que también incluyen neón, argón, criptón, xenón y radón.
- A partir de 2010, tomó 300,000 pies cúbicos de helio para hacer flotar los 15 globos de personajes en el Desfile del Día de Acción de Gracias de Macy's de ese año, el volumen equivalente a 2.2 millones de galones de leche.
- El helio en la Tierra se forma cuando los elementos radiactivos de la corteza se desintegran, produciendo partículas cargadas positivamente llamadas partículas alfa. Cuando estas partículas alfa atraen un par de electrones, el resultado es un átomo de helio.
- Nadie ha logrado combinar el helio con otro elemento para crear un compuesto, según el Jefferson Lab. Es así de inerte.
investigación actual
El helio está ayudando a los científicos a superar los límites de sus conocimientos 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 unen en un estado superfluido, de repente se comportan como un solo objeto", dijo Oliver Gessner, científico senior de UltrafastLaboratorio de Ciencias de Rayos X en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y uno de los investigadores principales en un proyecto que profundizó en el helio superfluido y observó un comportamiento muy extraño.
Gessner y sus colegas buscaban empujar los límites de la física fundamental probando el comportamiento de los flujos de superfluidos en condiciones nunca antes estudiadas. Recurrieron al helio porque los átomos de este elemento se unen en un estado superfluido a temperaturas que son relativamente fáciles de generar., Dijo Gessner a Rhythm89, alrededor de 2 Kelvin, o menos 456 grados Fahrenheit menos 271 grados Celsius. Otros elementos se congelarían sólidos a esas temperaturas, dijo Gessner.
Los investigadores arrojaron el líquido en una cámara de vacío a través de una boquilla de solo 5 micrones de ancho, aproximadamente del mismo diámetro que un glóbulo rojo. Las diminutas gotas existen durante solo milisegundos mientras vuelan a través de la cámara a unos 655 pies 200 metrospor segundo, dijo Gessner.
Increíblemente, utilizando un láser de rayos X de electrones libres, los científicos pueden observar estos objetivos en movimiento haciendo brillar pulsos de luz sobre ellos en el aire. Descubrieron que las gotas de hecho se comportan como superfluidos.
Desde la distancia, el comportamiento de las gotas parece casi banal. Giran y se comprimen ligeramente, pasando de esféricas a un poco aplanadas, tal como lo haría una gota de líquido en rotación regular. Pero simultáneamente, dijo Gessner, estas gotas se están comportandode acuerdo con las reglas de la física cuántica, que se ocupan del comportamiento de objetos de tamaño nanométrico. Dentro de cada gota hay una cuadrícula de vórtices en forma de tornado . 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 comportamiento cuántico claro", dijo.
El estudio, publicado en agosto de 2014 en la revista Science, estudió las gotas de superfluido de helio a medida que giraban a velocidades 100.000 veces más rápidas que cualquier otra antes estudiada en el laboratorio. Esas velocidades vertiginosas son importantes para impulsar la comprensión de la física, dijo Gessner.
"Si encuentra 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?", Dijo. El equivalente podría ser construirun castillo de arena de un metro, o aproximadamente tres pies de altura, y luego probar para averiguar si puede usar los mismos principios de diseño para construir un castillo de arena de 100 kilómetros o 62 millas de altura, dijo Gessner.
Las gotas de superfluido de helio todavía contienen misterios, incluido el origen de la extraña rejilla de vórtices. Los investigadores ahora saben que el método de la boquilla diminuta funciona para crear estas gotas giratorias, pero no por qué.
"Un aspecto que no hemos abordado en absoluto en el último estudio es de dónde proviene realmente esta vorticidad y cómo podríamos eventualmente controlarla", dijo Gessner.
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