Elementos del universo: el helio

En la anterior entrega de la serie elementos del universo se hizo un breve repaso del primer elemento de la tabla periódica: el hidrógeno. Vamos a continuar esta serie con el segundo elemento, el helio.

¿Qué es el helio?

El helio es el elemento cuyos átomos contienen dos protones en su núcleo y dos electrones orbitando alrededor de él. Se trata del segundo elemento más común en el universo, aunque a una distancia considerable del primero en este ranking, que es el hidrógeno.

A pesar de ser el segundo elemento más común del universo, es bastante difícil de observar en La Tierra, por lo que su descubrimiento tuvo que esperar hasta bien entrado el siglo XIX, concretamente en el año 1868 mediante una técnica conocida como espectroscopia

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¿Qué es la espectroscopia y qué tuvo que ver con el descubrimiento del helio?

Se sabe que cuando se proporciona energía a cualquier átomo aplicándole calor, un campo eléctrico o magnético, los electrones de ese átomo saltan a un nivel energético mayor que el normal. Cuando la energía que se ha proporcionado decae, estos electrones vuelven al nivel energético en el que se hallaban en el origen.
Al ocurrir este fenómeno, los electrones liberan la energía que habían absorbido en forma de radiación electromagnética mediante fotones.
Debido a que los átomos de cada elemento tienen su propio número y configuración de electrones, cuando esto ocurre, emiten fotones con una longitud de onda concreta y unívoca.
Mediante la espectroscopia se puede estudiar esa radiación y una de las aplicaciones predilectas de ella para los científicos del siglo XIX era la búsqueda de nuevos elementos.

Esos científicos, curiosos como siempre, rápidamente vieron en El Sol un objeto que cumplía con las características necesarias para ser estudiado mediante espectroscopia; estaba caliente y emitía fotones, es decir, brillaba. Se pusieron a estudiar con detenimiento las longitudes de onda de los fotones emitidos y detectaron longitudes de onda correspondientes a numerosos elementos: hidrógeno, oxígeno, carbono, sodio, potasio, etc.
El caso es que había una longitud de onda que se asemejaba mucho a la del sodio, así que el astrónomo francés Pierre Janssen supuso que se trataba de sodio. Erró en su suposición ya que, como acabamos de ver, cada elemento emite radiación en una longitud de onda concreta y unívoca, no hay margen para la interpretación. En ese momento, el astrónomo inglés Joseph Norman Lockyer se percató de que esa longitud de onda correspondia a un elemento desconocido hasta la fecha, al que bautizó como Helio (en griego: ἥλιος helios, "sol") en honor del dios griego del Sol, Helios.

Espectro solar

Características del helio

Como ya hemos visto, el helio tiene dos protones y dos electrones, siempre y cuando no esté ionizado. Como recordaréis de la entrega anterior, el número de neutrones en el núcleo de un átomo podía variar, dando lugar a lo que se conoce como isótopos. El helio tiene dos isótopos naturales, aunque en laboratorio se han conseguido crear hasta 10 isótopos muy inestables.

Isótopo	Num. de protones	Num. de neutrones	Num. de electrones	% en La Tierra
Helio-3	2	0	2	0.01%
Helio-4	2	1	2	99.99%

Lo que hace del Helio un elemento interesante o aburrido, según se mire, es su número de electrones. Para saber el porqué de esto, conviene entender nociones básicas sobre la estructura de un átomo.

Breve repaso de la estructura atómica

Los átomos están compuestos de protones, neutrones y electrones.
Los protones y neutrones constituyen el núcleo atómico, mientras que los electrones se encuentran orbitando alrededor de éste de una manera ordenada. Los electrones orbitan en capas concéntricas al núcleo, con capacidad para un número limitado de electrones cada una de ellas.

Capa N	Número de electrones necesarios para completar la capa
1	2
2	8
3	18
4	32
5	50
6	72
7	98

Como se puede apreciar en la tabla, la primera capa solo puede albergar 2 electrones, la segunda 8, y así sucesivamente.
Cada capa tiene una energía mayor que la anterior, y los electrones tienden siempre a orbitar en las capas menos enérgicas, debido a esto, para que un electrón orbite en una capa, las capas inferiores deben estar completas.
Cuando un átomo tiene completas todas sus capas, se dice que es un átomo estable y si hacemos un poco de memoria, sabemos que el Helio tiene 2 electrones, que sirven para completar la primera capa, haciendo de él un elemento energéticamente estable.
Este pequeño detalle hace que el Helio no necesite reaccionar con ningún otro átomo para alcanzar la estabilidad, convirtiéndole en un gas noble - Por aquello de que los nobles no se juntan con el populacho -
Al ser tan ligero y no reaccionar con ningún otro elemento, el helio escapa rápidamente de la atmósfera terrestre y es por ello que se tardó tantos años en descubrir.

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Usos del helio

Al ser un elemento que no reacciona con ningún otro y al ser muy ligero, se sustituyó el uso de hidrógeno por helio en globos y dirigibles, puesto que el hidrógeno era un elemento altamente reactivo e inflamable.
Otro uso habitual del helio es como refrigerante. Cuando se encuentra a temperaturas muy bajas, del orden de 2K (-271.15ºC), el helio se encuentra en estado líquido y es un muy buen conductor del calor. Prueba de ello es que se utiliza para mantener refrigerados elementos de precisión máxima como los electroimanes de los aceleradores de partículas.

Nos vemos en la siguiente entrega de la serie Elementos del universo

¡Un saludo y espero que os haya gustado!