O gás hélio é famoso por encher balões que sobem e por provocar uma alteração curiosa na voz quando inalado, mas essas características representam apenas uma pequena parte da importância desse elemento. Extremamente leve, quimicamente estável e capaz de permanecer líquido em temperaturas próximas do zero absoluto, ele é indispensável em áreas que vão da medicina à exploração espacial.
Na tabela periódica, ele aparece com o símbolo He e número atômico 2. Isso significa que um átomo neutro de hélio possui apenas dois prótons e dois elétrons. Sua estrutura simples ajuda a explicar várias de suas propriedades e também sua abundância no Universo.
Por que o gás hélio consegue fazer um balão subir
A explicação está principalmente na densidade. Em condições semelhantes de temperatura e pressão, ele possui densidade muito menor que a do ar atmosférico. Enquanto o ar é formado principalmente por moléculas de nitrogênio e oxigênio, os átomos de hélio são muito mais leves.
Quando um balão é preenchido com ele, é deslocado determinado volume de ar. Se o peso total do balão, incluindo sua estrutura e o gás em seu interior, for menor que o peso do ar deslocado, o empuxo supera seu peso e o balão sobe.
O princípio é semelhante ao que permite que determinados objetos flutuem na água, mas ocorre em um fluido gasoso. A própria atmosfera funciona como o meio no qual o balão recebe empuxo.
O hidrogênio é ainda menos denso e oferece excelente capacidade de sustentação, mas apresenta uma diferença crucial: é altamente inflamável. O hélio, por outro lado, é um gás nobre e não é inflamável, característica que favoreceu sua utilização em balões e dirigíveis.
Um dos elementos mais antigos do Universo
O hélio não é apenas leve. Ele também está entre os elementos mais abundantes do Universo, ficando atrás apenas do hidrogênio.
Grande parte do hélio existente no cosmos surgiu nos primeiros minutos após o Big Bang, durante o processo conhecido como nucleossíntese primordial. Estrelas também produzem enormes quantidades desse elemento ao longo de suas vidas.
O Sol produz hélio constantemente
No núcleo do Sol, temperaturas e pressões extremas permitem que núcleos de hidrogênio participem de reações de fusão nuclear que, por diferentes etapas, resultam na formação dele. Uma pequena parcela da massa envolvida é convertida em energia.
É essa sequência de reações que sustenta a produção de energia solar por bilhões de anos.
Curiosamente, ele foi identificado primeiro por meio da observação do Sol. Em 1868, cientistas detectaram uma linha espectral desconhecida durante estudos da luz solar. O elemento recebeu seu nome a partir de Helios, palavra grega associada ao Sol. Sua presença na Terra seria confirmada posteriormente.
Na Terra, o hélio pode escapar para o espaço
Apesar de sua abundância cósmica, obter hélio aproveitável na Terra é uma tarefa muito diferente. Parte do elemento encontrado no planeta é produzida naturalmente pelo decaimento radioativo de elementos pesados presentes nas rochas.
Ao longo de enormes períodos, o gás pode ficar acumulado em determinadas formações subterrâneas, frequentemente associado a depósitos de gás natural. Esses reservatórios são importantes fontes comerciais de hélio.
O problema aparece quando ele chega à atmosfera. Por ser extremamente leve, ele pode alcançar as camadas superiores e, em determinadas condições, seus átomos conseguem escapar da atração gravitacional terrestre. O material perdido dessa maneira não pode simplesmente ser recuperado.
O hélio líquido chega a temperaturas extremas
Uma das propriedades mais importantes é seu baixíssimo ponto de ebulição. O hélio-4, seu isótopo mais comum, entra em ebulição a aproximadamente 4,2 kelvin, ou cerca de -269 °C, sob pressão atmosférica.
Essa característica faz do hélio líquido um recurso extremamente importante para sistemas que precisam operar em temperaturas criogênicas.
Entre suas aplicações estão:
- Resfriamento de ímãs supercondutores;
- Equipamentos de ressonância magnética;
- Experimentos científicos de baixíssimas temperaturas;
- Sistemas utilizados em aceleradores de partículas;
- Aplicações aeroespaciais e industriais.
Em temperaturas ainda menores, quando líquido apresenta fenômenos quânticos incomuns. O hélio-4, por exemplo, pode entrar em um estado de superfluidez, no qual apresenta propriedades que não aparecem em líquidos comuns.
Por que respirar hélio deixa a voz diferente
A famosa voz aguda produzida depois de inalar não acontece porque as cordas vocais passam a vibrar muito mais rápido. O efeito está relacionado principalmente à maneira como o som se propaga pelo trato vocal.
Como a velocidade do som é maior no hélio do que no ar, as frequências de ressonância da boca e das vias aéreas são alteradas. Isso modifica o timbre percebido e produz aquela voz característica.
A brincadeira, porém, não é inofensiva. Respirar ele significa substituir temporariamente o oxigênio necessário ao organismo. Em grandes quantidades, isso pode provocar hipóxia, perda de consciência e até morte. Inalar gás diretamente de recipientes pressurizados acrescenta ainda o risco de lesões graves devido à pressão.
Muito além dos balões de festa
O gás hélio reúne características difíceis de substituir ao mesmo tempo: baixa densidade, estabilidade química, ausência de inflamabilidade e comportamento excepcional em temperaturas criogênicas. É justamente essa combinação que transformou um elemento extremamente simples em um recurso relevante para ciência, medicina e indústria.
Enquanto estrelas como o Sol continuam produzindo enormes quantidades de hélio por fusão nuclear, na Terra os depósitos economicamente acessíveis são limitados e dependem de condições geológicas específicas. Por isso, seu uso em aplicações tecnológicas e científicas possui uma importância muito maior do que aquela sugerida pelos conhecidos balões flutuantes.
