O hélio tem a particularidade de ter sido descoberto no Sol antes de ser encontrado na Terra. Em 1868, durante um eclipse solar, o astrônomo francês Pierre Janssen (1824-1907) observou uma linha amarela desconhecida no espectro solar. No mesmo ano, o astrônomo britânico Norman Lockyer (1836-1920) identificou essa linha e propôs que ela pertencia a um novo elemento, que ele chamou de hélio (do grego helios = sol). Não foi até 1895 que o químico sueco Per Teodor Cleve (1840-1905) e, independentemente, William Ramsay (1852-1916) isolaram o hélio na Terra a partir da cleveíta, um mineral radioativo.
O hélio (símbolo He, número atômico 2) é o primeiro gás nobre da tabela periódica, composto por dois prótons, dois nêutrons (para o isótopo mais comum) e dois elétrons. Os dois isótopos estáveis principais são o hélio-4 \(\,^{4}\mathrm{He}\) (≈ 99,999863%) e o hélio-3 \(\,^{3}\mathrm{He}\) (≈ 0,000137%).
À temperatura ambiente, o hélio é um gás monoatômico (He), extremamente leve (densidade ≈ 0,1785 g/L), incolor, inodoro e completamente inerte quimicamente. A temperatura na qual os estados líquido e sólido podem coexistir (ponto de fusão): 0,95 K (−272,20 °C) a 2,5 MPa (o hélio não se solidifica à pressão atmosférica). A temperatura na qual passa do estado líquido para o gasoso (ponto de ebulição): 4,222 K (−268,928 °C) à pressão atmosférica.
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Hélio-3 — \(\,^{3}\mathrm{He}\,\) | 2 | 1 | 3.016029 u | ≈ 0,000137 % | Estável | Raro na Terra, mais abundante no espaço; usado em criogenia e pesquisa de fusão. |
| Hélio-4 — \(\,^{4}\mathrm{He}\,\) | 2 | 2 | 4.002603 u | ≈ 99,999863 % | Estável | Isótopo majoritário; núcleo alfa emitido durante decaimento radioativo; torna-se superfluido abaixo de 2,17 K. |
| Hélio-5 — \(\,^{5}\mathrm{He}\,\) | 2 | 3 | 5.012057 u | Não natural | ≈ 7 × 10⁻²² s | Extremamente instável; decai rapidamente em \(\,^{4}\mathrm{He}\) + nêutron. |
| Hélio-6 — \(\,^{6}\mathrm{He}\,\) | 2 | 4 | 6.018889 u | Não natural | 0,807 s | Radioativo β\(^-\) dando \(\,^{6}\mathrm{Li}\); produzido artificialmente em laboratórios. |
| Isótopos mais pesados — \(\,^{7}\mathrm{He},\,^{8}\mathrm{He},\,^{10}\mathrm{He}\) | 2 | 5 — 8 | — (ressonâncias) | Não naturais | \(10^{-21}\) — 0,003 s | Estados muito instáveis observados em física nuclear; decaimento por emissão de nêutrons. |
N.B. :
Camadas eletrônicas: Como os elétrons se organizam ao redor do núcleo.
O hélio possui 2 elétrons distribuídos em uma única camada eletrônica. Sua configuração eletrônica completa é: 1s², que também pode ser escrita como: K(2). O hélio é o único elemento estável com uma única camada eletrônica completa.
Camada K (n=1): Contém 2 elétrons no subnível 1s. Esta única camada está completa e saturada, pois a primeira camada pode conter no máximo 2 elétrons. Essa configuração representa o estado energético mais estável possível para 2 elétrons.
O hélio possui 2 elétrons em sua única camada, formando uma configuração eletrônica saturada. Essa configuração explica suas propriedades químicas excepcionais:
O hélio não perde nem ganha elétrons em nenhuma condição, o que explica a ausência total de estados de oxidação.
A camada de valência completa confere ao hélio uma inércia química absoluta, daí sua classificação entre os gases nobres.
Nenhum composto químico de hélio foi sintetizado, mesmo em condições extremas de laboratório. O hélio é o elemento mais inerte de todos os elementos químicos, superando até mesmo o néon.
A configuração eletrônica do hélio, com sua única camada completa de 2 elétrons, faz dele o elemento mais estável e inerte da tabela periódica. Essa estrutura lhe confere propriedades características excepcionais: inércia química absoluta (o hélio não forma compostos nem reage com nenhum elemento), a maior energia de ionização de todos os elementos (é praticamente impossível remover um elétron), o menor ponto de ebulição de todos os elementos (4,2 K ou -269°C), e é o único elemento que não pode se solidificar à pressão atmosférica, mesmo no zero absoluto.
O hélio representa o estado energético mais estável para 2 elétrons. Sua configuração serve como referência para descrever os elementos do segundo período da tabela periódica. Muitos íons buscam atingir essa configuração estável [He] perdendo elétrons (como Li⁺, Be²⁺).
A importância do hélio reside inteiramente em suas propriedades físicas excepcionais: o hélio líquido é o fluido criogênico definitivo, usado para resfriar ímãs supercondutores em máquinas de ressonância magnética, aceleradores de partículas como o LHC, e em pesquisas sobre supercondutividade; o gás hélio é usado para inflar balões e dirigíveis devido à sua leveza (segundo elemento mais leve depois do hidrogênio) e não inflamabilidade; serve como gás de proteção em soldagem a arco para metais reativos; o hélio é usado em misturas respiratórias para mergulho profundo (héliox) porque é menos solúvel no sangue do que o nitrogênio, reduzindo os riscos de narcose e doença de descompressão; serve como gás transportador em cromatografia gasosa; o hélio também é usado para detectar vazamentos em sistemas de vácuo devido ao seu tamanho atômico muito pequeno. O hélio é o segundo elemento mais abundante do universo depois do hidrogênio, produzido por fusão nuclear nas estrelas, mas é relativamente raro na Terra porque sua leveza permite que escape da atmosfera terrestre. As reservas terrestres de hélio vêm da desintegração radioativa natural na crosta terrestre, aprisionado em certos depósitos de gás natural, tornando-o um recurso não renovável e estratégico.
O hélio é o gás nobre por excelência: sua camada eletrônica externa está completa, tornando-o quimicamente inerte. Praticamente não forma ligações químicas estáveis em condições normais. Mesmo em pressões muito altas e baixas temperaturas, o hélio resiste à formação de compostos. Essa inércia total faz do hélio o elemento mais estável e não reativo de todos. No entanto, o hélio pode ser aprisionado em estruturas moleculares complexas (compostos de inclusão) ou formar moléculas iônicas efêmeras como HeH⁺ (íon hidreto de hélio), detectado no meio interestelar.
O hélio representa cerca de 24% da massa bariônica do universo, tornando-o o segundo elemento mais abundante depois do hidrogênio. Foi sintetizado em grandes quantidades durante a nucleossíntese primordial, alguns minutos após o Big Bang. Nas estrelas, o hélio é o principal produto da fusão do hidrogênio. Quando o hidrogênio se esgota no núcleo estelar, a fusão do hélio começa em temperaturas acima de 100 milhões de kelvin, produzindo carbono e oxigênio através do processo triplo-alfa.
A abundância de hélio no universo é uma prova importante do modelo do Big Bang. Medições precisas da proporção hélio/hidrogênio ajudam a limitar os parâmetros cosmológicos e a testar teorias sobre a evolução do universo primordial. O hélio-3, embora raro na Terra, está presente em quantidades significativas no vento solar e na superfície da Lua, onde um dia poderia ser minerado como combustível para fusão nuclear.
O hélio líquido, particularmente o hélio-4 abaixo de 2,17 K (ponto lambda), torna-se superfluido: flui sem nenhuma viscosidade e pode subir pelas paredes dos recipientes. Esse comportamento espetacular ilustra os efeitos quânticos em escala macroscópica e revolucionou nossa compreensão da matéria condensada.
N.B.:
O hélio é um recurso não renovável na Terra. É produzido naturalmente pelo decaimento radioativo do urânio e do tório na crosta terrestre, sendo então aprisionado em certos depósitos de gás natural. Uma vez liberado na atmosfera, o hélio é tão leve que escapa da gravidade terrestre e se perde no espaço. O consumo atual de hélio supera amplamente sua produção natural, levantando preocupações sobre sua disponibilidade futura para aplicações críticas em medicina e pesquisa científica.
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
