Hélio – O elemento da coroa do Sol

Tempo de leitura: 13 minutos

“Aquele que adora o perfeito e o imutável, e desdenha o corrompível e o ignóbil, preferirá os gases nobres, de longe, a qualquer outro elemento químico. Pois eles nunca variam, nunca oscilam, nunca comungam com outros elementos, com o populacho, oferecendo mercadorias baratas no mercado. São ideais e incorruptíveis.”

A perfeição nunca alcançada

Essa seria a descrição de um gás nobre, nas palavras de Platão, de acordo com Sam Kean, no livro A Colher que Desaparece. Para quem estudou um pouco de Platão, e leu o seu magnífico Simpósio (ou como é mais conhecido – Banquete), sabe que Platão trabalha com o conceito da “idealidade nunca atingida”. Vou tentar explicar isso de uma forma simples, afinal nem todo mundo está familiarizado com esses conceitos abstratos …

Para Platão existiam formas perfeitas e ideais, mas que só estariam presentes no Mundo das Ideias. Esse conceito pode parecer confuso, mas está enraizado em nosso pensamento, principalmente na geometria. Pense em um círculo perfeito, onde todos os segmentos do centro à circunferência são exatamente iguais. Agora desenhe esse círculo … você não vai conseguir! … use um compasso, firme o pulso, e o máximo que vai conseguir é uma cópia imperfeita do círculo perfeito que só existe no Mundo das Ideias. E o mesmo vale para qualquer outra figura geométrica …

Um outro exemplo vai para quem LEU The Lord of Rings. Vocês devem se lembrar da Árvore Branca de Gondor, que é símbolo da glória e soberania dessa cidade. Essa Árvore carrega a glória dos antigos reis de Númenor (dos quais Aragorn é descendente).  Pois bem … a Árvore Branca de Gondor, nada mais é que uma cópia imperfeita de Telperion, a árvore prateada de Valinor, terra dos Valar (maiores detalhes, recomendo uma boa leitura do Silmarilion …).

A realeza dos elementos químicos

Mas o que isso tem a ver com o elemento Hélio? Então … os Gases Nobres podem ser considerados o padrão perfeito que os elementos químicos querem alcançar. Esse seleto grupo de átomos – hélio, neônio, argônio, criptônio, e xenônio (e … radônio …), não saem por ai em busca de elétrons, ou querendo doar seus elétrons, como os metais alcalinos ou os halogênios. A grande maioria dos demais átomos almejam adquirir a estabilidade desses átomos, e para isso vão doar ou receber elétrons para ter seu octeto completo.

Mas mesmo esses átomos sendo “nobres”, e pouco reativos, não são completamente não reativos. No século passado alguns deles foram “corrompidos” … em 1964 o xenônio foi seduzido pelo flúor, e formaram um composto – o hexafluoreto de xenônio. O criptônio manteve a sua dignidade até -151ºC, mas abaixo disso cedeu seus elétrons ao encanto do flúor. A propina para o argônio foi mais elevada – não perdeu nenhum elétron até que a temperatura chegasse a -265ºC, e mesmo assim não foi sem protestos – exigia luz ultravioleta. Mas não importa quão difícil tenha sido, no crepúsculo do século XX, o argônio se corrompeu.

Hoje, apenas o hélio e o neônio podem ser dignos de se manter na realeza dos elementos*, mas … advinha qual vai ser o próximo a ceder? É … não que eu esteja querendo falar mal do neônio … longe de mim … mas se eu fosse apostar, acho que ele se corrompe mais fácil que o hélio.

O perfeito hélio

helio
O gás hélio personificado pela artista pela artista Kacie D. – Tranquilo e leve.

Por falar no hélio, ele é o protagonista de post – o elemento da Coroa Solar. O hélio é um modelo platônico para os átomos, digno de estar no Mundo das Ideias … mas para a nossa alegria, ele está no mundo real! E até bem perto de nós … um passeio em um parque público (tão raros nos dias de hoje), ainda podem ser vistos alguns vendedores ambulantes oferecendo balões flutuantes “recheados” do perfeito elemento por alguns reais (iguais ao que o Seu Madruga tentava vender, mas que eram “sacrificados” pelo Chaves e pelo Quico). Só que nem sempre o hélio esteve perto de nós assim …

Na verdade, o hélio foi inicialmente descoberto no Sol. E daí advém o seu nome, que é uma referência ao arcaico titã grego do Sol – Hélio (o antecessor de Apolo). Mas se ele estava no Sol, como foi descoberto? Ele foi identificado na radiação emitida pela coroa solar durante um eclipse, através de um geringonça, recém descoberta, e que se tornou muito útil para o desenvolvimento da química – o espectroscópio.

O ano foi 1868, J. Norman Lockyer, estava com seu espectroscópio a mãos. Nesse ano teve um eclipse solar total, e pelo visto foi um dos melhores. Lockyer direcionou seu espectroscópio a fim de decompor a luz residual que brilhava do Sol com a Lua na sua frente (Pierre-Jules-César Janssen também o identificou ao mesmo tempo e de forma independente). O espectroscópio faz exatamente isso – decompõe luzes compostas em suas constituintes monocromáticas. A superfície de um CD/DVD desempenha esse papel, e nós podemos verificar isso incindindo um pouco de luz branca sobre ele – forma uma bela mistura de cores, que são as constituintes da luz branca. O surgimento do arco-íris vem do mesmo princípio, e nesse caso são as gotículas de água que agem como espectroscópio.

Em um dia normal, o espectroscópio apontado para o Sol não traria muita informação. A quantidade de radiação é muito intensa, e um simples espectro contínuo (com todas as cores) seria observado, sem novidade alguma. Mas esse eclipse mostrou-se magnífico. Com o singelo brilho da coroa solar, Lockyer percebeu a presença de uma linha amarela que até então não havia sido catalogada. Essa linha amarela era bem parecida com a linha do sódio, mas claramente não era igual. Lockyer, como um naturalista, prontamente associou essa linha a um elemento próprio do Sol, e decidiu homenagear o antigo Titã, dando o nome desse elemento de hélio, cujo o símbolo é He.

EspectroEmissãoHélioeSódioMEU
Espectro de emissão do átomo de hélio. Notem a intensa linha amarela, característica desse elemento.

Isso gerou uma grande especulação … será que cada estrela tinha seu próprio elemento? Não restam dúvidas que isso rendeu bons anos de pesquisa e procura, como em um safári galáctico. Depois verificou-se que o hélio era onipresente na maioria das estrelas, como produto da fusão nuclear de seu precursor, o hidrogênio. É nada mais, nada menos, que o segundo elemento mais abundante do universo.  Então … “lá em cima” está cheio de hélio … mas aqui na terra?

Curso Universidade da Química - Química Geral

Que tal ter acesso a aulas de qualidade, voltadas para a Graduação em Química, pagando pouco mais de R$ 1,00 por dia? Com a mesma qualidade e aprofundamento do Universidade da Química! Alunos de graduação, candidatos à seleção de mestrado/doutorado, candidatos à concursos ... melhore suas notas, seu rendimento acadêmico e garanta sua vaga em um concurso público! 

Saiba Mais!

 O hélio na Terra

Por alguns anos após a descoberta de Lockyer, achava-se que o hélio era fruto exclusivo das estrelas, mas em 1895, 27 anos após sua identificação, ele foi descoberto aqui na Terra – aprisionado nas rochas (essa descoberta deve-se ao trabalho de Willian Ramsay com o minério cleveíta). Alguns anos depois encontraram boas reservas de hélio, e a prova que ele não é tão raro aqui na terra (e nem tão caro), são as pessoas que usam o mais nobre dos elementos para “afinar a voz”, e encher os balões flutuantes (dos dirigíveis aos balões do Seu Madruga).

Mas como um gás inerte como hélio foi parar aprisionado nas rochas? Acontece que a existência do hélio na terra é quase que um acidente de percurso.

O hélio é um produto indireto do decaimento radioativo de alguns elementos presentes nas rochas. Sendo bem simplista, algumas rochas possuem urânio, que com o passar do tempo emite partículas α, que o faz decair para o tório (elemento que tem seu nome em homenagem ao deus nórdico Thor). O tório também está presente em várias rochas, como o granito, por exemplo. Ele continua decaindo em outros elementos, emitindo partículas α até chegar ao chumbo. Mas é o decaimento urânio-tório-rádio é que nos interessa.

As partículas α possuem algumas características interessantes. Ela é formada por dois prótons e dois nêutrons, o que corresponde exatamente ao núcleo do átomo do He. Pode-se dizer que as partículas α são átomos de He sem seus elétrons. Some isso ao fato dessa partículas terem um baixíssimo efeito de penetração (não conseguem ultrapassar uma folha de papel), e um elevado efeito ionizante (capturam elétrons com muita facilidade). Já estão conseguindo visualizar a origem do He? O urânio, ou o tório, das rochas, ao longo das eras emitiram partículas α que ficaram presas em “bolhas” presentes na própria rocha, e aproveitaram para capturar alguns elétrons e gerar o divino elemento solar. Por conta disso, a quantidade de hélio na Terra é limitada, e depende da boa vontade do decaimento radioativo … . Nesse processo existe uma ironia cultural muito interessante – na mitologia grega, Hélio é neto de Urano, o Maior dos Titãs. Em certo sentido, o elemento hélio vem do elemento urânio, mas poderia ser considerado, filho, neto, bisneto, a depender de qual decaimento lhe deu origem.

A perfeição dos fluidos

O hélio não é um elemento platônico apenas para a estabilidade química – quando resfriado a -271°C, bem perto do zero absoluto, o hélio líquido se torna um superfluido!

Como fluido platônico, o hélio líquido, que nessas condições é chamado de hélio II, apresenta viscosidade nula. A viscosidade é um medida da resistência de um líquido ao fluxo (líquidos viscosos, como o xarope de guaraná escoa com muita dificuldade). O hélio nessa temperatura não apresenta resistência alguma, sendo capaz até mesmo subir pela paredes de um tubo capilar, sem nenhum problema, desafiando como ninguém a gravidade.

Nessas condições, além de ser um fluido platônico, é um condutor térmico platônico, e um condutor elétrico platônico – é muita perfeição para uma única substância.

Seus efeitos como superfluidos nascem de fenômenos quânticos que se tornam aparentes apenas nessas temperaturas baixíssimas. A explicação para isso é complicada, e o modelo é bem complexo para ser abordado aqui (além de minha limitação em explicá-lo). Mas de uma forma bem simples, nessa temperatura os pequenos átomos de hélio começam a se associar de uma forma cooperativa, e começam a agir como se fossem uma única espécie. Nessa condição, toda a substância passa a ser descrita com uma única função de onda (e não uma para cada átomo, como normalmente é). Essa mudança em sua descrição quântica reflete-se em suas propriedades, possibilitando seu comportamento de fluido perfeito.

_____________________________________________________________________

arrow
  • Problemas com as suas aula de química na graduação?
  • Preocupado com a seleção de mestrado/doutorado?
  • Com medo do concurso público?

_____________________________________________________________________

Hélio - O elemento

Legal a história do elemento de número atômico 2, não é? Um simples e leve elemento, que é nada mais, nada menos, que um modelo platônico para estabilidade química, fluidez, condutividade térmica e condutividade elétrica. Existe no Sol, é produzido na terra por um erro de percurso das partículas α aprisionadas em "bolhas", é vendido para encher balões de parque, e inutilmente usado para afinar a voz.

Quando a tabela periódica é estudada dessa forma, dando uma história para os elementos, ela fica bem mais legal. Os alunos olharão os elementos de uma forma bem especial, principalmente se usarmos a fantástica arte da artista Kacie D., que resolver personificar os elementos. Por que não tentar ensinar assim? Vai dar um pouco mais de trabalho, mas tenho certeza que valerá à pena.

Gostaram do post? Então não deixem de se inscrever na NewsLetter do Universidade da Química, assim saberão sempre que sair algo novo aqui no site, ou no Canal Universidade da Química. Até a próxima.

*Alguns cálculos quânticos indicam possíveis compostos de hélio e neônio, além da identificação de possíveis íons transientes, como HHe+, porém essas espécies são muito instáveis e formadas em condições muito especiais. Durante a elaboração desse post não encontrei nenhuma referência confiável indicando a descoberta de compostos desses átomos. O artigo Neon Behind the Sign da revista Nature Chemistry (vol. 13, p. 438, 2013) afirma não existir esses compostos, bem como o livro Química Inorgânica Descritiva, de G. Rayner-Canham, e T. Overton, de 2015.

Inspirações ...

  • A Colher que Desaparece - Sam Kean
  • Tio Tungstênio - Oliver Sacks
  • Hidrogênio e Hélio, Eduardo M. A. Peixoto, Química Nova na Escola, maio de 1995.
  • reguard

    Muito legal o artigo! Um voto para mais artigos como esse.

  • Giovanni Reis

    excelente artigo professor!! a explicação para o surgimento do hélio nas rochas é simplesmente genial! um outro ponto que achei muito legal, foi o fato de na mitologia , hélio ser neto do Urano e que , quimicamente, pode ser verdade para os elementos urânio e hélio. achei legal você por as referências também, para aprofundarmos mas a pesquisa. parabéns!ótimo blog!