Helio (Z=2): Vestigio del Big Bang y Actor Estelar
Un Nacimiento Cosmológico
El Helio (símbolo He, número atómico 2) es el segundo elemento químico de la tabla periódica. Se forma principalmente en los primeros minutos después del Big Bang (nucleosíntesis primordial) y secundariamente en las estrellas. Inerte y ligero, juega un papel central en la evolución estelar y las tecnologías criogénicas.
Contribución del helio a los procesos vitales
El helio es un gas noble químicamente inerte en condiciones biológicas normales. No participa en ningún proceso bioquímico vital ni se une a moléculas biológicas. No obstante, su uso médico (por ejemplo, en mezclas respiratorias como helio-oxígeno o heliox) puede facilitar la respiración en pacientes con trastornos obstructivos, gracias a su baja densidad que reduce el esfuerzo respiratorio. Consecuencia de un déficit: Ninguna, ya que el helio no es un elemento esencial para el metabolismo celular ni para las funciones biológicas fundamentales.
Historia del Descubrimiento
1868: Descubrimiento Espectroscópico Durante un eclipse solar, los astrónomos Pierre Janssen y Joseph Norman Lockyer detectan una línea amarilla desconocida en el espectro del Sol, que atribuyen a un nuevo elemento: el helio, del griego helios (sol).
1895: Aislamiento en la Tierra Sir William Ramsay aísla el helio a partir del mineral cleveíta. Confirma que este elemento gaseoso es idéntico al observado en el Sol.
Estructura Atómica
Constitución: Dos protones, dos neutrones (para el isótopo estable ⁴He) y dos electrones. Isótopos:
⁴He: isótopo estable más abundante (≈99.9999% natural).
³He: isótopo raro, estable, utilizado en criogénica y detección neutrónica.
⁵He y más: isótopos radiactivos, con vida muy corta, observados en física nuclear experimental.
Propiedades Físicas
Gas monoatómico, incoloro, inodoro, extremadamente ligero.
Masa molar: ≈ 4.0026 g/mol
Punto de fusión: ≈ 0.95 K (a alta presión)
Punto de ebullición: 4.22 K (−268.93 °C)
Densidad: ~0.1786 g/L
Inerte químicamente, gas noble del grupo 18.
Superfluidez observada a baja temperatura (⁴He por debajo de 2.17 K).
Reactividad Química
Gas noble: muy baja reactividad química.
No se conocen compuestos químicos estables en estado normal.
Se han observado complejos de tipo van der Waals o iones moleculares HeH⁺ en laboratorios y astrofísica.
Aplicaciones Industriales y Tecnológicas
Refrigeración de imanes superconductores (IRM, LHC, fusión nuclear experimental).
Como atmósfera inerte para la soldadura o el crecimiento de cristales semiconductores.
Presurización de tanques de combustibles criogénicos en astronáutica.
Mezclas respiratorias para buceo profundo (helio-oxígeno, heliox).
Detección de fugas y pruebas de permeabilidad (gracias a su pequeño tamaño atómico).
Rol Cosmológico y Astrofísico
Helio primordial: ≈24% de la masa bariónica después del Big Bang.
Producido por fusión nuclear en las estrellas (ciclo protón-protón y triple alfa).
Presente en nebulosas planetarias y la envoltura externa de las gigantes rojas.
El helio ionizado (He⁺, He²⁺) influye en los espectros estelares y la opacidad de las atmósferas.
Cuestiones Físicas Fundamentales
El núcleo ⁴He (alfa) es un sistema extremadamente ligado, utilizado en física nuclear.
El ⁴He líquido presenta fases cuánticas macroscópicas (superfluidez, turbulencia cuántica).
Utilizado como trazador en cosmología para probar la validez del modelo estándar del Big Bang.
El ³He se estudia para aplicaciones en detección neutrónica y fusión nuclear de baja radiación.
