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Los superpoderes del helio: ¿por qué este gas es tan esquivo?
En química, el helio es conocido como el gas noble más pequeño y ligero, pero también es uno de los elementos menos reactivos. Debido a estas propiedades, generalmente se consideraba poco probable que el helio formara compuestos, al menos en condiciones normales. Sin embargo, a medida que la investigación científica avanza, vamos descubriendo gradualmente el extraño comportamiento y el potencial del helio en entornos extremos.
La primera energía de ionización del helio es de 24,57 eV, la más alta entre todos los elementos. Esto dificulta que los átomos de helio acepten electrones adicionales y formen compuestos covalentes con otras sustancias.
El helio tiene una estructura única con una capa electrónica completa, lo que lo hace extremadamente inactivo en las reacciones químicas. Su afinidad electrónica es cercana a cero y el radio de su capa electrónica exterior es de sólo 0,29 Å, lo que significa que los átomos de helio casi no tienen interacción con otros átomos en circunstancias normales.
Aunque el helio no forma enlaces químicos con otros átomos, es posible formar moléculas a través de las fuerzas de van der Waals a temperaturas extremadamente bajas.
Aunque el helio es casi esquivo debido a su bajo punto de ebullición (4,2 K), los investigadores han encontrado formas de hacerlo químicamente reactivo. Cuando se aplica alta presión, se puede superar la repulsión entre los átomos de helio y otras sustancias y tienen la oportunidad de formar compuestos sólidos. Por ejemplo, el helio puede formar un compuesto de helio disódico estable con sodio en el interior de la Tierra o de otros planetas.
Las investigaciones sobre el helio han demostrado que este gas también puede reaccionar con otros gases como el nitrógeno en condiciones de alta presión para formar compuestos de helio-nitrógeno que existen en este entorno. También se ha encontrado helio combinado con silicio en ciertos minerales. Por ejemplo, en 2007 se observó por primera vez que el helio entraba en la estructura de silicato para formar silicato de helio.
Bajo alta presión, el helio puede penetrar ciertas estructuras de silicato, aumentando significativamente la resistencia y la estabilidad del material.
Aunque el helio no forma fácilmente compuestos a temperatura y presión normales, su reactividad en condiciones extremas ha atraído una amplia atención en la comunidad científica. Por ejemplo, los compuestos de helio y ciertos metales pueden formar gradualmente sólidos con diferentes estructuras bajo diferentes temperaturas y presiones. Por ejemplo, los átomos de helio en el fluoruro de calcio y circonio cambian su estructura a medida que cambia la temperatura, lo que tiene aplicaciones potenciales en la ciencia de los materiales.
Además de sus notables propiedades físicas, el fenómeno de encapsulación de helio también es una importante dirección de investigación. Por ejemplo, el helio puede formar complejos de inclusión con otras moléculas más grandes, como las perfluoroolefinas, y estas estructuras pueden utilizarse en el desarrollo de materiales de alto rendimiento. De hecho, los científicos han creado con éxito clatratos de helio polares sin aire, lo que se convertirá en una oportunidad sin precedentes en el diseño de materiales futuros.
La alta inactividad del helio puede ser el secreto de su aplicación en nuevos materiales y estructuras, y también es un tema de estudio para futuras exploraciones científicas.
En el misterioso universo, debido a las propiedades extremas del helio, su existencia en la estructura de las estrellas también ha desencadenado investigaciones en profundidad sobre su mecanismo de reacción química. Los científicos creen que la reactividad y las propiedades de inclusión del helio pueden haber jugado un papel clave en la evolución del universo. En futuras investigaciones, explorar más aplicaciones potenciales del helio puede cambiar nuestra comprensión de este gas.
Entonces, ¿hay más propiedades y potenciales de aplicación ocultos en el misterio del helio que aún no hemos descubierto?
