Hélio (Z=2): Vestígio do Big Bang e Ator Estelar

Um Nascimento Cosmológico

O Hélio (símbolo He, número atômico 2) é o segundo elemento químico da tabela periódica. Ele é formado principalmente nos primeiros minutos após o Big Bang (nucleossíntese primordial) e secundariamente nas estrelas. Inerte e leve, ele desempenha um papel central na evolução estelar e nas tecnologias criogênicas.

Contribuição do hélio aos processos vitais

O hélio é um gás nobre quimicamente inerte em condições biológicas normais. Não participa de nenhum processo bioquímico vital e não se liga a moléculas biológicas. No entanto, seu uso médico (por exemplo, em misturas respiratórias como hélio-oxigênio ou heliox) pode facilitar a respiração em pacientes com distúrbios obstrutivos, devido à sua baixa densidade que reduz o esforço respiratório. Conseqüência de um déficit: Nenhuma, pois o hélio não é um elemento essencial para o metabolismo celular ou para as funções biológicas fundamentais.

História da Descoberta

1868: Descoberta Espectroscópica
Durante um eclipse solar, os astrônomos Pierre Janssen e Joseph Norman Lockyer detectam uma linha amarela desconhecida no espectro do Sol, que atribuem a um novo elemento: o hélio, do grego helios (sol).

1895: Isolamento na Terra
Sir William Ramsay isola o hélio a partir do mineral cleveíta. Ele confirma que este elemento gasoso é idêntico ao observado no Sol.

Estrutura Atômica

Constituição: Dois prótons, dois nêutrons (para o isótopo estável ⁴He) e dois elétrons.
Isótopos:

• ⁴He: isótopo estável mais abundante (≈99.9999% natural).
• ³He: isótopo raro, estável, utilizado em criogênica e detecção neutrônica.
• ⁵He e mais: isótopos radioativos, com vida muito curta, observados em física nuclear experimental.

Propriedades Físicas

• Gás monoatômico, incolor, inodoro, extremamente leve.
• Massa molar: ≈ 4.0026 g/mol
• Ponto de fusão: ≈ 0.95 K (a alta pressão)
• Ponto de ebulição: 4.22 K (−268.93 °C)
• Densidade: ~0.1786 g/L
• Inerte quimicamente, gás nobre do grupo 18.
• Superfluidez observada a baixa temperatura (⁴He abaixo de 2.17 K).

Reatividade Química

• Gás nobre: muito baixa reatividade química.
• Não há compostos químicos estáveis conhecidos no estado normal.
• Complexos do tipo van der Waals ou íons moleculares HeH⁺ foram observados em laboratórios e astrofísica.

Aplicações Industriais e Tecnológicas

• Resfriamento de ímãs supercondutores (RM, LHC, fusão nuclear experimental).
• Como atmosfera inerte para soldagem ou crescimento de cristais semicondutores.
• Pressurização de tanques de combustíveis criogênicos em astronáutica.
• Misturas respiratórias para mergulho profundo (hélio-oxigênio, héliox).
• Detecção de vazamentos e testes de permeabilidade (devido ao seu pequeno tamanho atômico).

Papel Cosmológico e Astrofísico

• Hélio primordial: ≈24% da massa bariónica após o Big Bang.
• Produzido por fusão nuclear nas estrelas (ciclo próton-próton e triplo alfa).
• Presente em nebulosas planetárias e na camada externa das gigantes vermelhas.
• O hélio ionizado (He⁺, He²⁺) influencia os espectros estelares e a opacidade das atmosferas.

Questões Físicas Fundamentais

• O núcleo ⁴He (alfa) é um sistema extremamente ligado, utilizado em física nuclear.
• O ⁴He líquido apresenta fases quânticas macroscópicas (superfluidez, turbulência quântica).
• Utilizado como traçador em cosmologia para testar a validade do modelo padrão do Big Bang.
• O ³He é estudado para aplicações em detecção neutrônica e fusão nuclear de baixa radiação.