Alla scoprta… dell’atomo di ELI0 Sara Gattanella 2Bsc

ELIO Classificazione nella tavola periodica e i suoi isotopi Origine del nome e scoperta Dove è presente ELIO Lo sapevi… Elio in medicina! Struttura Utilizzo Proprietà fisiche Metodo di produzione

Origine e scoperta Il nome ELIO deriva da Helios il dio greco del sole, infatti fu individuato per la prima volta nel 1868 da J.N. Lockyer e altri ricercatori nella fotosfera solare per via spettroscopica : essi stavano studiando la luce solare durante un'eclissi e, analizzandone lo spettro trovarono la linea di emissione di un elemento sconosciuto: l’elio che è dopo l’idrogeno il costituente più importante del Sole. Alla fine del XIX secolo, fu osservato in seguito in gas occlusi, in vari minerali di uranio e infine fu isolato dall'aria

CLASSIFICAZIONE NELLA TAVOLA PERIODICA E I SUOI ISOTOPI L’elio è un elemento chimico e ha il simbolo He, numero atomico 2, peso atomico 4,0026. L'elio ha solo due isotopi stabili e reperibili in natura, 3He e 4He, mentre gli altri instabili, decadono in meno di un secondo per trasformarsi in idrogeno o litio. 3He è un isotopo dell'elio composto da due protoni e un neutrone. È un isotopo raro sulla Terra, e viene soprattutto usato nella ricerca sulla fusione nucleare. Si ritiene che sia più diffuso sulla Luna e nei giganti gassosi del sistema solare. Questo isotopo costituisce le rocce lunari. Dal punto di vista scientifico è importante poiché si ritiene che possa essere usato come fonte di energia per le centrali elettriche a fusione di seconda generazione.   4He è un isotopo leggero e non radioattivo dell'elio, di cui costituisce la maggior parte in natura

DOVE E’ PRESENTE Questo elemento è presente nell'atmosfera terrestre e si trova come prodotto del decadimento di alcuni minerali radioattivi. Specificamente si trova nei minerali di uranio e torio, tra cui la Cleveite (il primo minerale in cui fu scoperta la presenza di elio), la Pechblenda, la Carnotite e la Monazite; si trova inoltre in alcune acque minerali, nei gas vulcanici, e in certi depositi di gas naturali degli Stati Uniti Pur essendo il secondo elemento più presente nell'universo, sul nostro pianeta ci sono poche sacche di elio, che di solito viene recuperato come sottoprodotto dell'estrazione del petrolio. Dove è invece abbondante è sulla Luna, ben 22 grammi per metro cubo di rocce: "Forse non è lontano - spiega Ian Crawford dell'università di Londra - il giorno in cui diventerà economicamente sostenibile andarlo a prendere proprio sul nostro satellite".

Struttura Rappresentazione schematica di un atomo di elio. Attorno al nucleo, composto da due neutroni (in verde) e due protoni (in rosso), ruotano gli elettroni (in giallo).

PROPRIETA’ FISICHE L’Elio L'elio è incolore, inodore, non tossico, non corrosivo e non combustibile. Dopo l’idrogeno ha il minor peso molecolare fra tutti gli elementi E’ un gas assolutamente inerte. Anche ad alte temperature non forma alcun composto chimico E’ difficilmente solubile in metalli e masse fuse di metallin virtù delle ridotte dimensioni del diametro atomico penetra anche attraverso le aperture ei pori più piccoli Allo stato liquido possiede il più basso punto di ebollizione tra tutti gli elementi (4,2 Kelvin ovvero –269 °C ) ed è quindi il liquido più freddo sulla terra.

Proprietà fisiche Densità liquido 0,125 kg/l Temperatura di ebollizione 4,22 K (-269 °C) Calore di vaporizzazione 20,41 kJ/kg Punto critico 5,2 K-268 °C Rapporto di densità con l’aria 0,138 Densità in forma gassosa 15 0,167 kg/m³ Peso molecolare 4,003 kg/kmol Gas incolore, sottoposto ad un campo elettrico presenta emissioni porpora

METODO DI PRODUZIONE l’elio viene ricavato esclusivamente da giacimenti di gas naturale ricchi di elio. Tali giacimenti esistono sulla terra solo in pochi luoghi che presentano condizioni geologiche particolari. Attualmente l’elio viene estratto da gas naturale negli USA, in Russia,Algeria, Qatar e da un piccolo giacimento in Polonia. In tutti questi luoghi sono impiegati grandi condensatori di elio. Poi, mediante trasporto su strada ed eventuale via mare, l’elio viene trasportato in forma liquida, successivamente viene fornito ai clienti in speciali contenitori isolati ISO o in Dewar, mentre il gas compresso viene fornito in bombole o in gruppi di più bombole (MCP) o rimorchi cisterna.

UTILIZZO GENERICO Il suo punto di ebollizione estremamente basso rende l'elio liquido un refrigerante ideale per molte applicazioni a temperature estremamente basse quali i magneti superconduttori e le ricerche criogeniche (La criogenia è una branca della fisica che si occupa dello studio, della produzione e dell'utilizzo di temperature molto basse e del comportamento dei materiali in queste condizioni), dove sono necessarie temperature prossime allo zero assoluto. L'elio è usato come gas per misure di densità assoluta, in appositi picnometri a elio che misurano il volume degli oggetti a meno della porosità raggiungibile dall'elio. La fusione nucleare dell'idrogeno nell'elio fornisce l'energia necessaria per la bomba all'idrogeno. L'elio in questo caso è un sottoprodotto della reazione, e il risultato è lo sviluppo di una grande quantità di energia. È usato per pressurizzare i serbatoi di combustibile liquido (per motivi di sicurezza: essendo l'elio inerte, si riducono i rischi d'incendio), È usato nella saldatura ad arco, È usato come gas protettivo nella crescita di cristalli di silicio e germanio, È usato come refrigerante alcuni reattori nucleari sperimentali, È usato come gas nelle gallerie del vento supersoniche. Viene anche utilizzato per gonfiare palloncini in mylar o lattice per usi ludici. Data la sua scarsa densità è un ottimo (ma costoso) sostituto dell'idrogeno. A differenza dell'idrogeno, presenta il vantaggio di non essere infiammabile.

LO SAPEVI…. ? ELIO IN MEDICINA L'elio viene adoperato per aumentare l'efficacia dell'ossigenoterapia in casi di ostruzione delle vie respiratorie di origine infettiva, traumatica, allergica, oppure dovuta a neoplasie, a inalazione di vapori irritanti, ecc. All'origine di tale impiego vi sono l'elevata capacità di diffusione dell'elio nelle miscele gassose, e il fatto che la miscela elio-ossigeno ha un peso specifico pari a 1/3 di quello dell'aria nelle medesime condizioni, e quindi una capacità di diffusione tre volte maggiore L'elio viene anche adoperato in anestesia per ridurre l'infiammabilità del ciclopropano miscelato con l'ossigeno.

L'utilizzazione dell'elio nei respiratori durante le immersioni subacquee è limitata dal costo elevato, ma presenta importanti vantaggi, specie ad alte profondità: l'elio infatti riduce il pericolo di embolie gassose durante la decompressione, grazie alla sua limitata solubilità nel sangue; Elimina il rischio della cosiddetta “narcosi da azoto”, che può manifestarsi quando si respiri aria ad alta pressione; Bilancia, con la sua alta diffusibilità, l'aumento delle resistenze respiratorie che si ha in condizioni di iperbarismo, condizione in cui la pressione di un ambiente è nettamente superiore a quella atmosferica