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I superpoteri dell'elio: perché questo gas è così sfuggente?
In chimica, l'elio è noto per essere il gas nobile più piccolo e leggero, ma è anche uno degli elementi meno reattivi. A causa di queste proprietà, si riteneva generalmente che l'elio non potesse formare composti, almeno in condizioni normali. Tuttavia, con l'approfondimento della ricerca scientifica, stiamo gradualmente scoprendo lo strano comportamento e il potenziale dell'elio in ambienti estremi.
L'energia di prima ionizzazione dell'elio è pari a 24,57 eV, la più alta tra tutti gli elementi. Ciò rende difficile per gli atomi di elio accettare elettroni aggiuntivi e formare composti covalenti con altre sostanze.
L'elio ha una struttura unica con un guscio elettronico completo, che lo rende estremamente inattivo nelle reazioni chimiche. La sua affinità elettronica è prossima allo zero e il raggio del suo guscio elettronico esterno è di soli 0,29 Å, il che significa che gli atomi di elio non hanno quasi alcuna interazione con altri atomi in circostanze normali.
Sebbene l'elio non formi legami chimici con altri atomi, è possibile formare molecole attraverso le forze di van der Waals a temperature estremamente basse.
Sebbene l'elio sia quasi inafferrabile a causa del suo basso punto di ebollizione (4,2 K), i ricercatori hanno trovato il modo di renderlo chimicamente reattivo. Applicando un'elevata pressione, la repulsione tra gli atomi di elio e le altre sostanze può essere superata e si ha la possibilità di formare composti solidi. Ad esempio, l'elio può formare un composto stabile di elio disodico con il sodio all'interno della Terra o di altri pianeti.
La ricerca sull'elio ha dimostrato che questo gas può reagire anche con altri gas, come l'azoto, in condizioni di alta pressione, per formare composti elio-azoto presenti in questo ambiente. L'elio è stato anche trovato combinato con il silicio in alcuni minerali. Ad esempio, l'elio è stato osservato per la prima volta nel 2007 mentre entrava nella struttura del silicato per formare silicato di elio.
Sotto alta pressione, l'elio può penetrare alcune strutture di silicato, aumentando notevolmente la resistenza e la stabilità del materiale.
Sebbene l'elio non formi facilmente composti a temperatura e pressione normali, la sua reattività in condizioni estreme ha attirato grande attenzione nella comunità scientifica. Ad esempio, i composti di elio e di alcuni metalli possono formare gradualmente solidi con strutture diverse a diverse temperature e pressioni. Ad esempio, gli atomi di elio presenti nel fluoruro di calcio e zirconio cambiano la loro struttura al variare della temperatura, il che ha potenziali applicazioni nella scienza dei materiali.
Oltre alle sue straordinarie proprietà fisiche, il fenomeno dell'incapsulamento dell'elio rappresenta anche un'importante direzione di ricerca. Ad esempio, l'elio può formare complessi di inclusione con altre molecole più grandi, come le perfluoroolefine, e queste strutture possono essere utilizzate nello sviluppo di materiali ad alte prestazioni. Di fatto, gli scienziati sono riusciti a creare clatrati di elio polare senza aria, il che rappresenterà un'opportunità senza precedenti nella progettazione dei materiali del futuro.
L'elevata inattività dell'elio potrebbe essere il segreto della sua applicazione in nuovi materiali e strutture, ed è anche un argomento di studio per future esplorazioni scientifiche.
Nel misterioso universo, a causa delle proprietà estreme dell'elio, la sua esistenza nella struttura delle stelle ha innescato anche ricerche approfondite sul suo meccanismo di reazione chimica. Gli scienziati ritengono che la reattività dell'elio e le sue proprietà di inclusione possano aver svolto un ruolo chiave nell'evoluzione dell'universo. Nelle ricerche future, l'esplorazione di ulteriori potenziali applicazioni dell'elio potrebbe cambiare la nostra comprensione di questo gas.
Ci sono quindi altre proprietà e potenzialità applicative nascoste nel mistero dell'elio che non abbiamo ancora scoperto?
