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Es un gas que existe en las estrellas y en la atmósfera terrestre, después del hidrógeno es el segundo elemento más abundante en el universo. Se emplea para llenar globos de observación y otros aeróstatos, en los termómetros de gas para temperaturas muy bajas y, mezclado con oxígeno, para la respiración de los buzos a grandes profundidades.
A los gases nobles los podemos encontrar dentro del grupo 18A de la tabla periódica. Se calificaron como “nobles” debido a que, se creyó durante mucho tiempo, que nunca se combinan con otros elementos. Ellos son el helio (He), neón (Ne), argón (Ar), criptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn). De estos, uno de los más importantes y utilizados es el helio, que se extrae de algunos gases naturales en los que se halla en proporciones relativamente altas (hasta un 8 %). A continuación analizaremos sus características.
Al igual que el resto de los gases nobles, el helio presenta las siguientes propiedades: es incoloro, inodoro y muestra una reactividad química muy baja en condiciones normales. Cuenta con el menor punto de evaporación de todos los elementos químicos y solo puede ser solidificado bajo presiones muy grandes. Es más ligero que el aire y a diferencia del hidrógeno no es inflamable. En su forma natural, su estado es gaseoso. Esas propiedades convierten al helio líquido en un material extremamente útil como refrigerante, y para experimentos de obtención y medida de temperaturas cercanas al cero absoluto.
Después del hidrógeno, el helio es el elemento más ligero; por ello tiende a subir a las capas superiores de la atmósfera y en la superficie terrestre prácticamente es inexistente. El aire ordinario únicamente contiene alrededor de cinco partes de helio por millón de partes de aire. Pero si el helio es escaso en la atmósfera, aún lo es más en la corteza terrestre, la cual solo contiene cerca de ocho partes por mil millones. Dado que este gas forma muy pocos compuestos químicos, rara vez se lo encuentra combinado con otros elementos en líquidos o sólidos. Pero, a pesar de ser tan escaso en la Tierra, abunda en el Universo del cual constituye el 23 % de su masa.
Su abundancia se debe a que este gas es producto de la reacción de fusión del hidrógeno que se produce en las estrellas activas. En la Tierra está presente en depósitos subterráneos, donde se encuentra atrapado junto al gas natural. De allí puede extraerse en cantidades suficientes para su explotación comercial. También hay pequeñas cantidades en manantiales de aguas minerales, hierro meteórico y gas volcánico.
Fue detectado por primera vez por el astrónomo francés Jules Janssen, quien visualizó una línea espectral amarilla durante un eclipse solar en 1868. Por otra parte, el científico y astrónomo inglés Joseph Norman Lockyer, observando el mismo eclipse, entendió que se trataba de algo producido por un nuevo elemento químico, le llamó helio y así, a estos dos científicos se les adjudica su descubrimiento. Helio se deriva del griego Helios, que significa Sol.
Desde principios del siglo XX se lo ha comenzado a utilizar en el ámbito científico y comercial por sus propiedades.
Conceptos claves
Elemento químico: es una sustancia formada por átomos que tienen igual cantidad de protones en el núcleo. Este número se conoce como el número atómico del elemento. En el núcleo de un átomo también hay neutrones pero estos no siempre tienen la misma cantidad en todos los átomos de un mismo elemento.
Átomo: es la partícula más pequeña en la que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas.
Número atómico: es el número total de protones que tiene un átomo. Se suele representar con la letra Z.
Protón: es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva. Junto a los neutrones, forma el núcleo de los átomos.
Neutrón: es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico, cuya carga es neutra.
Electrón: es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental negativa.
Isótopo: son átomos de un mismo elemento que poseen diferente número de neutrones en su núcleo. Por lo tanto, tienen igual número atómico pero diferente número másico.
Número másico: es la suma del número de protones y el número de neutrones. Se simboliza con la letra A.
Reacción química: es un proceso por el cual una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades diferentes, llamadas productos.
Isótopos
El núcleo del átomo de helio contiene dos protones, es decir, su número atómico es dos, pero puede contener de uno a seis neutrones, hecho que da lugar a la existencia de seis isótopos exóticos del helio y dos naturales.
Sin embargo, solo los isótopos con números de masa 3 y 4 son estables, los restantes son inestables. Esto significa que sus núcleos son radiactivos, emiten partículas, y al hacerlo se convierten rápidamente en otros elementos.
El isótopo 4 es más abundante que el 3, tanto en la atmósfera como en la corteza terrestre. Sin embargo, el 3 es abundante en el universo, este procede del interior de las estrellas (entre ellas el Sol). El helio que es producido en el Sol no alcanza la Tierra debido al campo magnético de ésta, que lo rechaza. La escasa cantidad de helio que existe en la atmósfera de la Tierra ha quedado atrapada en la corteza durante la formación del planeta. El helio-3 también ha llegado a la Tierra mediante el polvo de los meteoritos que cae sobre los océanos.
Se estima que en la Luna, hay una reserva de helio-3 de un millón de toneladas. Esta cantidad sería suficiente para abastecer las necesidades energéticas de una población como la de Estados Unidos o la Unión Europea durante un año. Sin embargo aún no se encuentra desarrollada la tecnología que permitiría su extracción.
Utilidades y aplicaciones
Gas para inflar
El helio en estado gaseoso se utiliza generalmente para inflar globos de decoración, globos dirigibles, e incluso, globos sonda para las predicciones meteorológicas, ya que es más ligero que el aire. Debido a su rápida difusión, también se emplea para inflar el airbag de los autos inmediatamente después de sufrir un impacto.
Una de las características destacables del helio es que este no es combustible, es por ello que se lo elige, antes que el hidrógeno, para producir la ascensión de los globos aerostáticos y de los globos sondas que llegan a la atmósfera para fines científicos. Estos globos pueden permanecer horas e incluso días en la atmósfera, lo que constituye una ventaja respecto de los cohetes.
Láser de helio-neón
El código de barras es un sistema de codificación que se emplea comúnmente en diversos productos, permite identificar el producto y almacenar el dato captado con precisión. El lector de código de barras decodifica la información a través de la digitalización proveniente de una fuente de luz reflejada.
El decodificador puede estar integrado al escáner o ser externo al mismo. Los escáneres usan diodos emisores de luz visible o infrarroja (LED), láser de Helio-Neón o diodos láser de estado sólido (visibles o infrarrojos) con el fin de leer el símbolo.
Tanques de oxígeno
En estado gaseoso, el helio se utiliza, junto con el oxígeno, en las botellas de buceo. Permite evitar el efecto narcótico del nitrógeno a grandes profundidades; esto es especialmente importante para las personas que bucean.
Esto es así porque la presión del agua comprime el aire respirado por el buceador. Cuanto más desciende un buceador equipado con botellas de aire, más se comprime el oxígeno. A más de 70 metros de profundidad la compresión del oxígeno es tan elevada que este se vuelve tóxico para las células del organismo. Lo mismo sucede con el nitrógeno.
Habitualmente nuestro cuerpo expulsa el nitrógeno que respiramos, pero en el agua, debido a la presión, no lo puede hacer. Es por ello que se utilizan una mezcla de gases inertes (como el nitrógeno, helio o hidrógeno) para minimizar el impacto del síndrome de descompresión.
En medicina también se utiliza un compuesto gaseoso respirable de helio y oxígeno para tratar pacientes con obstrucción de la vía aérea superior, asma, enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), bronquiolitis o croup respiratorio.
El Sol está constituido por un 75 % de hidrógeno, 24 % de helio, y el 1 % restante por otros elementos.
Cada segundo el Sol convierte unos 564 millones de toneladas de hidrógeno en 560 millones de toneladas de helio, lo que significa que unos cuatro millones de toneladas de materia se transforman en energía solar, de la que una pequeña parte llega a la Tierra y sostiene la vida.
Un juego peligroso
En muchas fiestas se suele decorar un ambiente con globos inflados con gas helio. Hay quienes juegan con el helio inhalándolo en pocas proporciones para luego hablar con voz de dibujito animado. ¿Por qué sucede esto? Como dijimos el gas helio es menos denso que el aire, por lo tanto las cuerdas vocales pueden vibrar a mayor frecuencia y producir un tono más agudo.
Sin embargo, no es conveniente jugar con helio dado que en proporciones grandes produce asfixia e incluso la ruptura de tejidos pulmonares.
