Helio: Elemento Propiedades y Usos
Descripción
El helio es un gas noble que desempeña un papel esencial en diversas aplicaciones científicas e industriales. Esta entrada del blog cubre sus propiedades, usos comunes y métodos de preparación.
Introducción al elemento
Elhelio es un gas incoloro, inodoro, insípido, no tóxico, inerte y monatómico que encabeza el grupo de los gases nobles en la tabla periódica. Es el segundo elemento más ligero del universo, después del hidrógeno, y se encuentra principalmente en las estrellas, incluido nuestro sol. El helio se utiliza ampliamente en diversos campos debido a sus propiedades únicas, incluidos sus bajos puntos de ebullición y fusión, que lo hacen ideal para aplicaciones criogénicas y de alta tecnología.
Descripción de las propiedades químicas
El helio es químicamente inerte debido a su completa capa externa de electrones, lo que lo hace extremadamente estable. Como gas noble, no forma fácilmente compuestos con otros elementos en condiciones normales. Su falta de reactividad lo hace muy valioso en aplicaciones donde la estabilidad química es crucial. El helio no reacciona con el oxígeno, el nitrógeno u otros gases a temperatura ambiente, y sigue siendo no inflamable incluso en presencia de calor o fuego.
El helio también es incoloro e inodoro, lo que aumenta su seguridad y conveniencia en diversas aplicaciones industriales y científicas. Aunque es químicamente inerte en su mayor parte, a altas presiones y temperaturas puede formar compuestos con elementos como el sodio, el potasio y el litio en condiciones controladas de laboratorio.
Propiedades físicas
El helio tiene varias propiedades físicas notables que lo hacen útil en diversos campos. A continuación se muestra una tabla que resume las propiedades físicas del helio:
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Propiedad |
Valor |
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Número atómico |
2 |
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Peso atómico |
4.002602 u |
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Punto de ebullición |
-268.93°C |
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Punto de fusión |
-272.2°C |
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Densidad |
0,1786 g/L (a 0°C y 1 atm) |
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Color |
Incoloro |
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Olor |
Inodoro |
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Símbolo químico |
He |
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Punto de ebullición (a 1 atm) |
4.22 K |
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Capacidad calorífica específica |
5,19 J/mol-K |
Los bajos puntos de ebullición y fusión del helio lo convierten en el único elemento que permanece líquido a temperaturas cercanas al cero absoluto, lo que le confiere aplicaciones únicas en criogenia y superenfriamiento. Para más información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).
Usos comunes
El helio tiene una amplia gama de usos en diversas industrias, desde aplicaciones médicas hasta tecnologías aeroespaciales. Algunos de los usos más comunes son
- Criogenia: El helio es crucial para refrigerar los imanes superconductores utilizados en las máquinas de resonancia magnética y en los aceleradores de partículas. Su bajo punto de ebullición le permite alcanzar temperaturas extremadamente bajas.
- Globos y dirigibles: El helio se utiliza para llenar globos y dirigibles porque es más ligero que el aire y no es inflamable, a diferencia del hidrógeno, que es muy inflamable.
- Mezclas respiratorias: En submarinismo, el helio se utiliza en mezclas gaseosas (como Trimix) para evitar la narcosis por nitrógeno a altas presiones.
- Detección de fugas: El helio se utiliza en la detección de fugas en sistemas de alto vacío, debido a su pequeño tamaño atómico y su bajo peso molecular.
- Soldadura: El helio sirve como gas de protección en la soldadura por arco porque evita la oxidación de los materiales, garantizando soldaduras de alta calidad.
Métodos de preparación
El helio se extrae principalmente de depósitos de gas natural donde se acumula en pequeñas cantidades. El proceso de extracción suele implicar
- Destilación criogénica: En este método, el gas natural se enfría a temperaturas muy bajas, lo que permite que el helio se separe de otros gases.
- Adsorción por cambio de presión: Este método utiliza materiales adsorbentes para separar el helio de otros componentes del gas natural.
El helio también puede obtenerse como subproducto durante el refinado del mineral de uranio o a partir de la desintegración radiactiva de elementos más pesados como el torio y el uranio, que emiten helio como parte de su proceso de desintegración.
Productos industriales relacionados
Varios productos dependen del helio o se fabrican utilizando helio en su proceso de producción. Entre ellos se incluyen:
- Congeladores criogénicos: Utilizados en aplicaciones médicas y científicas, estos sistemas dependen del helio para su refrigeración.
- Imanes superconductores: Utilizados en máquinas de resonancia magnética y otros equipos de alta tecnología, estos imanes requieren helio líquido para mantener bajas temperaturas.
- Láseres de helio-neón: Estos láseres, utilizados habitualmente en investigación científica y escáneres de códigos de barras, dependen del helio para su funcionamiento.
- Fabricación de semiconductores: El helio se utiliza en la producción de semiconductores, especialmente para procesos que requieren temperaturas muy bajas o atmósferas controladas.
Preguntas más frecuentes
¿Por qué se utiliza helio en los globos en lugar de hidrógeno?
El helio no es inflamable, mientras que el hidrógeno es muy inflamable y supone un riesgo importante para la seguridad, especialmente en situaciones en las que podría producirse una explosión.
¿Se puede fabricar helio en la Tierra?
El helio suele extraerse de las reservas de gas natural, pero también puede producirse mediante reacciones nucleares, como la desintegración de elementos radiactivos.
¿Es perjudicial el helio para el ser humano?
El helio no es tóxico y generalmente se considera seguro. Sin embargo, la inhalación de grandes cantidades de helio puede desplazar el oxígeno de los pulmones y provocar asfixia.
¿Por qué es tan caro el helio?
El helio es relativamente escaso y caro de extraer, por lo que requiere equipos especializados para su separación y purificación a partir del gas natural.
¿Cómo se utiliza el helio en medicina?
El helio se utiliza en criogenia para refrigerar los imanes superconductores de las máquinas de resonancia magnética y también forma parte de las mezclas de gases respiratorios para pacientes con problemas respiratorios.
