O segundo elemento da tabela periódica é o hélio, Ele, número atómico 2. Todos os átomos de hélio têm 2 prótons em seus núcleos e 2 elétrons. Há dois isótopos de hélio dos quais que contém 2 neutrões no núcleo é de longe o predominante, com números muito menores do isótopo mais leve,
que tem 2 prótons e 1 nêutron em seu núcleo e um número de massa de 3,
Hélio é um gás nobre significando que ele existe apenas como átomos dos elementos que nunca estão ligados a outros átomos. A Figura 3.3 é uma representação do átomo de hélio mostrando seus 2 elétrons. O símbolo de Lewis do hélio é simplesmente Ele com 2 pontos. Isto mostra uma característica muito importante dos átomos. Como os elétrons são adicionados aos átomos com número atômico crescente, eles são adicionados em vários níveis conhecidos como conchas de elétrons. O único elétron em hidrogênio, H, vai para o primeiro concha de elétron, o que tem a menor energia possível. O segundo elétron adicionado para fazer o átomo de hélio também vai para o primeiro escudo de elétrons. Este concha de electrões mais baixa pode conter um máximo de apenas 2 electrões, pelo que o hélio tem uma concha de electrões cheia. Os átomos com conchas de electrões cheias não têm tendência a perder, ganhar ou partilhar electrões e, portanto, não se envolvem com outros átomos através da ligação química. Tais átomos existem sozinhos na fase gasosa e os elementos que os compõem são chamados gases nobres. O hélio é o primeiro dos gases nobres.
Gás hélio tem uma densidade muito baixa de apenas 0,164 g/L em 25˚C e 1 atm de pressão. O hélio elementar é a segunda substância menos densa ao lado do gás hidrogênio. É esta característica de baixa densidade que torna o hélio tão útil em balões, incluindo balões meteorológicos, que podem permanecer no solo por dias, atingindo altitudes muito altas.
Hélio é bombeado do solo com algumas fontes de gás natural, algumas das quais contêm até 10% de hélio em volume. O hélio foi observado pela primeira vez no sol pelos comprimentos de onda específicos da luz emitida pelos átomos quentes de hélio. Fontes subterrâneas de hélio foram descobertas por perfuradores em busca de gás natural no sudoeste do Kansas que tentaram inflamar gás de um novo poço e ficaram desapontados ao descobrir que não queimaria, uma vez que era praticamente hélio puro!
Quimicamente não reativo, o hélio não tem nenhum uso químico, exceto para fornecer uma atmosfera quimicamente inerte. Um gás atóxico, inodoro, insípido e incolor, o hélio é utilizado devido às suas propriedades físicas únicas. As aplicações em balões meteorológicos e dirigíveis foram mencionadas anteriormente. Devido à sua baixa solubilidade no sangue, o hélio é misturado com oxigênio para a respiração por mergulhadores de alto mar e pessoas com algumas afecções respiratórias. O uso do hélio pelos mergulhadores evita a condição muito dolorosa chamada “as curvas” causadas pelas bolhas de nitrogênio que se formam a partir do gás nitrogênio dissolvido no sangue.
O maior uso do hélio é como líquido super frio, que ferve a uma temperatura de apenas 4,2 K acima do zero absoluto (-269˚C), especialmente na crescente ciência da criogenia, que lida com temperaturas muito baixas. Alguns metais são supercondutores a tais temperaturas, de modo que o hélio é usado para resfriar eletroímãs permitindo que ímãs relativamente pequenos desenvolvam campos magnéticos muito poderosos. Tais ímãs são componentes da ferramenta química muito útil conhecida como ressonância magnética nuclear (RNM). O mesmo tipo de instrumento modificado para aplicações clínicas e chamado RMN é usado como uma ferramenta de diagnóstico médico para varredura de seções do corpo para evidências de tumores e outras doenças.
Hydrogen Wants to be Like Helium
Examinação do símbolo Lewis de hélio (direita, Figura 3.3) e a fórmula de Lewis de hidrogênio elementar, H2, (Figura 3.1) mostra que cada um dos dois átomos de hidrogênio na molécula H2 pode reivindicar 2 elétrons e, portanto, vir a se assemelhar ao átomo de hélio. Lembre-se de que o hélio é um gás nobre que está muito contente com seus 2 elétrons. Cada um dos átomos de H em H2 está satisfeito com 2 elétrons, apesar de serem compartilhados. Isto indica uma regra básica de ligação química de que os átomos de um elemento tendem a adquirir a mesma configuração de elétrons que o gás nobre mais próximo. Neste caso, o hidrogênio, que vem imediatamente antes do hélio na tabela periódica, ganha a configuração de gás nobre do hélio ao compartilhar elétrons.
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