domingo, 3 de mayo de 2015

Historia del Helio

 

El 16 de agosto de 1868 va a tener lugar un eclipse de sol que se manifestará totalmente en la zona de la India. Numerosos astrónomos aprovechan para estudiar la cromosfera solar. Un francés, Pedro J.C. Janssen, lleva consigo un espectroscopio ideado por Bunsen  diez años antes. Al pasar la luz por la corona solar perfectamente enmarcada durante el eclipse, a través del espectroscopio se determinaron una serie de rayas espectrales: La línea D1 y D2 coincidían perfectamente con las del sodio, pero una tercera la D3 de longitud de onda 5.875,98Å, próxima a las otras, no correspondía a ningún elemento conocido. Envía este dato al astrónomo inglés José N. Lockyer  que repite la experiencia sin eclipse, y encuentra la misma raya amarilla brillante, clara y fuerte. Los dos mandan sus trabajos a la Academia de Ciencias de París y aunque Janssen, lo hace antes,  ambas llegan el 23 de octubre de 1868. Se leen el 26 de octubre, pero en dichos trabajos, no aventuran la existencia de un nuevo elemento. Será bastante más tarde, en enero de 1869 cuando el astrónomo Secchi  lo comprueba pero supone que la raya D3, se deba al hidrógeno en condiciones de presiones y temperaturas muy altas, diferentes a las existentes en la Tierra.

En un trabajo publicado el 3 de abril de 1871, Lockyer sugiere que debe tratarse de un nuevo elemento que sólo se hallaba en la atmósfera solar, lo llama ELEMENTO X Frankland  propone el nombre de HELIUM Ael metal del sol@, basado en el nombre griego del sol, ELIOS (ήλιoς, sol) y ELE (έλη, luz), que ya aparecen en Homero. Siguiendo la costumbre berzeliana, lo latiniza con el sufijo IUM. Dicho nombre será pronunciado por vez primera por Lord Kelvin, presidente de la  Royal Society, en sesión de 3 de agosto de 1871.  Pese al escepticismo con que fue acogido, y gracias a la influencia de Frankland, el nombre perdurará. Ahora bien, el elemento no tiene importancia; el "metal" no existía en la Tierra. Este nombre producirá el símbolo He del elemento.
Veintidós años más tarde, el geólogo norteamericano Hillebrand, tratando una  pechblenda con ácido sulfúrico, observa el desprendimiento de un gas insoluble en el agua e incombustible, inodoro e incoloro. No podía ser, por lo tanto, ni dióxido de carbono, ni hidrógeno; sólo nitrógeno. Por iniciativa de Miers, Ramsay  estudia en 1894 ese supuesto nitrógeno. El 5 de febrero de  1894, ya dispone del mineral cleveíta, encargando el análisis a su alumno Matthews. Evidentemente un 20% lo es, pero al hacer saltar la chispa con oxígeno, en presencia de álcalis (la antigua técnica de Cavendish), queda un residuo. El 22 de marzo de 1894, posee cantidad suficiente de gas puro para estudiar su espectro, y junto con el incrédulo Brauner  (invitado aquel día en su laboratorio), lo comparan con el del argón y con el del sodio. La raya amarilla se diferenciaba. Era un nuevo elemento. Lo llama KRIPTÓN derivado del griego κρυπτός, oculto, por estar escondido en el mineral.
Posteriormente envía una muestra a Crookes, colaborador en la investigación sobre el  argón, y otra a Lockyer, la someten a espectroscopia. Al día siguiente, Ramsay recibe un telegrama de Crookes: "SU KRIPTÓN ES HELIO 547,89. VENGA Y VÉALO". Así reaparece la ya famosa raya D3; era el HELIUM  en la Tierra. Lockyer lo describe así: "Cuando experimenté el gas, el brillo amarillo del capilar era una visión digna de ser vista"1. Ramsay publica el descubrimiento como suyo, en la revista que dirigía Crookes, la Chemical News, el 29 de marzo de 1985. Sin embargo, un año antes de la misma, el astrónomo H.Kayser  ya lo había reconocido en la atmósfera de la Tierra, pero la descripción de este hecho en la revista química alemana (Ch.Ztg.19, 1549. 1894), había pasado desapercibida.
Aunque toda la gloria del descubrimiento del HELIO  en la Tierra se la atribuye Ramsay, también el profesor Teodoro Cleve, de Upsala, y su ayudante Langlet, lo habían encontrado ocluido en un mineral de uranio, la cleveíta ya mencionada. El helio era más puro que el de Ramsay, pero hicieron público el descubrimiento más tarde.  Todavía antes, en 1882, el profesor Luis Palmieri  lo analiza espectroscópicamente e identifica integrado en unas lavas del Vesubio. Todas estas investigaciones no suelen aparecer en los textos y fueron anteriores a la fecha oficial del descubrimiento hecha por Ramsay en la Academia de Ciencias, el 24 de marzo de 1895. Por fin había surgido un hermano al ARGÓN, en este caso un hermano menor. El grupo 0 estaba confirmado.
Sin embargo la polémica estaba suscitada, pues el grupo 0 y sus masas atómicas no encajaban en la sistemática periódica de Mendeléev, que tantos éxitos había tenido. Toda la escuela rusa, especialmente el profesor Brauner de Praga, se opone a los nuevos descubrimientos, preconizando  no sólo que el argón era N3 con una estructura triangular, sino que el propio helio no era tal, sino H con geometría idéntica.

Incluso el profesor Victor Delahaye, lo consideró como un "azoturo de carbono" (nitruro de carbono), en 1895. Más tarde, cuando Mendeléev por fin aceptó la existencia del grupo 0, incluso propuso la existencia de dos nuevos gases, el X y el Y. Aquél identificado con el ether, el elemento gaseoso tan buscado por los físicos del XIX.(Por fin se había encontrado! Así se publica en 1902. Una rayas, que identifica  Lockyes en la atmósfera del sol, deberían ser producidas por esos dos elementos, uno el CORONIUM (el Y de Mendeléev) cuyo peso atómico sería 0,4 veces el del hidrógeno;  el otro, el famoso ETHER, que daría el elemento ETHERIUM,   identificado por Brush  en 1898, con peso atómico entre 10-10 y 10-12 del hidrógeno.
El hecho del empleo del espectroscopio para determinar elementos "extraterrestres", dio lugar a la proliferación de nuevos elementos químicos, siempre que aparecía una raya diferente en su longitud de onda, a las tabuladas. Así aparecen también el GEOCORONIUM elNEBULIUM ARCONIUM ASTERIUM PROTOFLÚOR  etc. que resultaron ser elementos ya conocido
También aparecerán nuevas profecías. Recordemos que el francés Lecoq  de Boisbaudran había creado una sistemática que relacionaba las rayas del espectro con los pesos atómicos, en los elementos de la misma familia, sistemática que le había ayudado al descubrimiento del galio, comprobando indirectamente la ley periódica de Mendeléev. Pues bien, quizá lo que va a permanecer más desapercibido es el artículo que este científico, publica en Comptes Rendus, de 1895, con el título "Remarques sur les poids atomiques". En él va a pronosticar los pesos atómicos de todos los elementos no descubiertos del grupo 0, con una precisión extraordinaria. Para el argón, 39,94. Para el anterior, todavía no descubierto,  20,0945. Para el siguiente, cuarto de la familia 84,01 y por fin para el quinto, 132,71. La familia estaba determinada, pero los elementos todavía no habían sido aislados ni bautizados. Es extremadamente curioso, que la desviación entre sus valores y los actuales, no llega al 1%.

Faltaba una pieza fundamental, un gas con las mismas características que los anteriores, pero de masa muy próxima a 20; el gas desconocido. En una carta de Ramsay  en agosto de 1887, dirigida a la asociación británica de Toronto, titulada precisamente así: AEl gas no descubierto@, relata sus infructuosas búsquedas. Debería encontrarse en la fracción pesada de la difusión del helio. El aire líquido se lo suministra Hamson de la compañía de oxígeno Brins. Allí aparece un nuevo gas; el META ARGÓN Su espectro parecía bastante más complejo que el del argón, aunque su densidad se aproximara a la de éste. Sin embargo enseguida aparecieron discrepancias. El físico inglés Schuster relacionó algunas líneas con las correspondientes a las bandas de Swan, también observadas en el espectro del monóxido de carbono, y que realmente se deben al C2, achacándolas por lo tanto a impurezas. Ramsay, Travers  y Baley, avalaron los criterios de pureza, a los que sometieron al meta argón. Un año después, se descubrió que realmente las rayas espectroscópicas  que habían caracterizado al nuevo elemento, surgían de la contaminación del carbono, proveniente del fósforo amarillo utilizado para sustraer el oxígeno del aire líquido. Sin embargo, el cambio de opinión fue bastante lento, porque incluso en diciembre de 1898, Ramsay incluyó como nuevo elementoal meta argón, en una conferencia dada en la Royal Society de Londres; sólo en noviembre de 1900, rectificó su idea. El meta argón, por lo tanto, vivió 3 años, e incluso se le encontró un hueco en la sistemática periódica, con símbolo Ma.

Pocos años después se explicaría el por qué aparecía helio en los minerales de uranio y en las lavas del Vesubio, y sólo mucho más tarde, porqué se encontraba en el Sol, y por qué era el segundo elemento más abundante del universo y del sistema solar, siendo tan escaso en la Tierra.
Efectivamente el hecho de que las partículas alfa que desprenden los elementos pesados para estabilizarse, sean núcleos de HELIO, es el origen de la existencia de este elemento en la corteza terrestre. La abundancia de uranio y torio, hacen que las partículas alfa que emiten al ser frenadas por las rocas que las rodean tomen los electrones que les faltan convirtiéndose en átomos de helio que quedan atrapados en las mismas rocas. Por eso aparecieron en el Vesubio. Precisamente y dado que se conoce el período de semidesintegración del uranio y el torio, se pueden datar las rocas midiendo la cantidad de helio encontrada. Otra parte del helio que pueda difundirse se recoge en bolsas de gas natural, por eso  apareció así este elemento.

Después del hidrógeno, es el elemento más abundante del universo, casi un 20%, ya que se trata de una de las materias primas estelares, por eso aparece en el sol, y de ahí su nombre. Sin embargo no se formó en los primeros momentos. Primero lo hizo el núcleo de deuterio por colisión de dos protones, emitiendo un positrón y un antineutrino. El segundo paso fue la formación de un núcleo de Helio 3, por fusión entre el deuterón con otro protón, que al recombinarse con sí mismo producirá el núcleo de helio 4 (dos protones y dos neutrones). Por cada mol de helio engendrado en el sol se desprenden 592 millones de calorías, energía que mantiene la fase estelar. Esta pérdida de energía implica otra de masa colosal, hasta tal punto que cada segundo el sol disminuye su masa en 4.264 millones de toneladas, lo cual ocasiona una pérdida de energía gravitacional y a consecuencia de ello, los planetas y entre ellos la Tierra, tienden a separarse del Sol.



Propiedades físicas y químicas

El helio es un gas incoloro, inodoro e insípido. No forma moléculas, es decir está constituido por átomos simples de helio, y es la segunda sustancia (después del hidrógeno) más ligera que se conoce.
Puede considerarse que no tiene actividad química alguna. Su única capa de electrones está llena, lo que le confiere bastante estabilidad y por ello su reacción con otros elementos es sumamente difícil y los compuestos resultantes bastantes inestables.
Sin embargo, se han detectado moléculas de compuestos con el neón, otro gas noble, y con el hidrógeno, y se han sugerido otros compuestos.
A causa de la abundancia del helio en el universo, la existencia de tales reacciones, aunque raras, podría ser de importancia en la cosmología.
En 1.909 Rutherford demostró que las partículas alfa que emitían los compuestos radiactivos eran en realidad núcleos de helio. Estas partículas alfa, una vez producidas por la sustancia radiactiva, captan electrones muy rápidamente para convertirse en átomos estables de helio.
La mayor parte del helio permanece ocluido en los minerales de torio y de uranio en los que se ha formado y se libera al tratar estos minerales con ácidos como descubriera Ramsay.
La parte que se “escapa” del mineral se mezcla con otros gases, principalmente con el llamado gas natural o pasa a la atmósfera. El helio no es inflamable por lo que sustituyó al hidrógeno en los globos aerostáticos y dirigibles.
En las proximidades del cero absoluto el helio presenta una sorprendente propiedad descubierta en 1.935 por los científicos del laboratorio de Kamerlingh-Onnes. Cuando el helio líquido se enfría por debajo de 2,2ºK se transforma en el llamado helio II, un líquido con propiedades físicas únicas. No tiene punto de congelación, y su viscosidad (facilidad para fluir) se hace menor aún que la del gas (aproximadamente una milésima parte). Esta propiedad, conocida como superfluidez, produce curiosos fenómenos como la ascensión del líquido por las paredes del recipiente que lo contiene.
Otra propiedad que varía por debajo de la citada temperatura es la conductividad calorífica, que llega a ser 800 veces superior a la del cobre. Debido a esta gran facilidad para conducir el calor, una pequeña variación de temperatura en cualquier punto de la masa líquida se transmite casi instantáneamente a toda la masa por lo que la ebullición se produce con una absoluta quietud, sin la formación de burbujas típica de este proceso.
El helio es el gas más difícil de licuar y es imposible solidificarlo a la presión atmosférica. Estas propiedades hacen al helio líquido sumamente útil como refrigerante y, en el trabajo experimental, para producir y medir temperaturas cercanas al cero absoluto.
El 3He, el isótopo más ligero del helio de masa 3, tiene un punto de ebullición aun más bajo que el helio ordinario, y muestra propiedades notablemente diferentes cuando se licúa.
  

Masa Atómica4,002602 uma
Punto de Fusión3,46 K
Punto de Ebullición4,2 K
Densidad125 kg/m³
Conductividad Térmica0,15 J/m s ºC
Calor Específico5225,00 J/kg ºK
Calor de Fusión0,02 kJ/mol
Calor de Vaporización0,1 kJ/mol
Calor de Atomización0,0 kJ/mol de átomos
Estados de Oxidación0
1ª Energía de Ionización2372,3 kJ/mol
Afinidad Electrónica0 kJ/mol
Radio Atómico0,49 Å
Radio Covalente0,93 Å
Volumen Atómico27,2 cm³/mol
Polarizabilidad0,2 ų

Usos y aplicaciones

En la industria

El helio en estado gaseoso se utiliza generalmente para inflar globos para jugar, globos dirigibles e, incluso, globos sonda para las predicciones meteorológicas, ya que es más ligero que el aire.
También permite liberar rápidamente el calor y actúa deatmósfera protectora. Asimismo, se utiliza durante lafabricación de fibras ópticas o de semiconductores.
Debido a su rápida difusión, el helio se utiliza para inflar el airbag inmediatamente después de sufrir un impacto.
También se utiliza en el sector espacial para el enfriamiento de los dispositivos de medida de lossatélites Herschel y Planck.

En medio ambiente

El helio suele utilizarse para detectar fugas. Al disponer de la molécula neutra más pequeña que existe, puede pasar a través de los orificios más pequeños. Esto resulta muy útil, sobre todo cuando los productos susceptibles de fuga son peligrosos para el hombre o para el medio ambiente. Este es el caso, por ejemplo, de la climatización de automóviles, que utilizan gases responsables de la destrucción de la capa de ozono.

En sanidad

Al ser el líquido más frío de la Tierra (-269 °C), el helio se utiliza para enfriar los imanes de los dispositivos de IRM(imágenes por resonancia magnética) y obtener imágenes de calidad. Esta aplicación se encuentra también en la investigación, ya que el helio sirve para enfriar los imanes superconductores de los dispositivos de RMN(resonancia magnética nuclear) y de los aceleradores de partículas, como el «Gran Colisionador de Hadrones» del CERN.
En estado gaseoso, el helio se utiliza, junto con el oxígeno, en las botellas de buceo y permite evitar el efecto narcótico del nitrógeno a grandes profundidades.

Principales reacciones

Con aireNo reacciona
Con H2ONo reacciona
Con HCl 6MNo reacciona
Con HNO3 15MNo reacciona
Con NaOH 6MNo reacciona


Por ser el elemento que tiene el más alto potencial de ionización y la menor polarizabilidad, el helio dificilmente podría formar un enlace químico. Analizando la interacción del helio con especies aniónicas se ha descubierto que éstas sufrirían una interacción atractiva ion-dipolo inducido y el efecto repulsivo se generaría por el solapamiento electrónico entre ambas especies. Esta es la razón por la cual esta clase de compuestos de helio tienen una unión más débil que las correspondientes a la interacción con especies neutras. Por el contrario, la capacidad de formar enlaces se incrementa sustancialmente en el caso del helio frente a especies catiónicas. Esto es corroborado experimentalmente ya que se han observado numerosas especies catiónicas de helio 12.
En un espectrómetro de masas, equipo que funciona a alto vacío, es posible obtener el ion Hecuya reactividad es tan alta que a una presión de 10-5 mmHg reacciona con He neutro para formar el catión He +, que es estable en esas 2 condiciones. Esta especie fue observada en 1936 por Tüxen. 13 El choque de estas especies con las paredes del equipo da lugar a su descomposición inmediata y formación de los átomos neutros de helio. La especie He2+, que es isoelectrónica a H2- , tiene orden de enlace de 0,5, longitud de enlace 1,08 Å y una energía de 57 kcal mol-1, que es sorprendentemente alta. Recién en el año 1985 fue posible observar el dicatión; He 2+, que tiene el orden de enlace de 1, una longitud de enlace de 0,70 Å y la energía de disociación es exotérmica con un valor aproximado de 200 kcal mol-1. Esta última es una especie metaestable con una vida media de 10-6 segundos. También se han observado y estudiado teóricamente las especies Hen +(n = 2-7) que n son clústeres de helio. 12, 14
El helio también puede formar enlaces con otros elementos químicos. El catión hidrohelio, HeH+, fue observado en 1925, en un espectrómetro de masas que contenía helio ionizado e dihidrógeno.15 En el estado basal esta especie tiene una longitud de enlace 0,77 Å y una energía de disociación aproximada de 45 kcal mol-1. Debido a que el hidrógeno y el helio son las dos especies más abundantes en el universo, ésta especie tiene una gran importancia en la astronomía química y, por ello, se ha estudiado su reactividad frente a moléculas inorgánicas como: NO, O2 ,NO2, NH3, H2S, SO2, N2O, CO2 y OCS; así como con moléculas orgánicas; por ejemplo: CH4, C2H2 , C2H4 , C2H6 , CH3OH, CH3CN, etc.16 Asimismo, se han realizado estudios de los clústeres del tipo HenH+`(donde n2). Los cálculos teóricos de He2 H+ predicen que debe tener una estructura lineal [He-H-He]+con una distancia de enlace de 0,95 Å y una energía de disociación a HeH+ y He de 13 kcal mol-1. En la actualidad se está estudiando extensamente los clústeres de helio; HenH+ y He2H- (n2). 17,18
También se conocen numerosos aductos de helio con iones monoatómicos del tipo: HenE+ y HenE- (n1), los cuales han sido investigados experimentalmente y n n teóricamente ya que existe un interés muy grande por comprender la química de las atmósferas planetarias, la difracción y la movilidad iónica. Se conocen los aductos del tipo HeE+ con E = Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Be+, Mg+, Ca+, B+, Al+, C+, Si+, N+, P+, O+, S+, F+, Cl+, Ne+, Ar+, Kr+, Sc+, Ti+, V+, Cr+, Mn+, Fe+, Co+, Ni+, Cu+ y Au+. Frenking19 usó el modelo donador-aceptor para explicar el enlace en los aductos HeE+. De acuerdo a este modelo, la habilidad aceptora del fragmento E+ está más condicionada por su estructura electrónica que por su carga electrónica o electronegatividad. Es de suma importancia, en este modelo, la energía y la naturaleza sigma o pi del LUMO del aceptor (especie E), cuya capacidad enlazante aumenta significativamente si los llamados huecos sigma están presentes en su configuración electrónica. Estos huecos sigma se crean a partir de una excitación electrónica, por ejemplo, para el Be+, la excitación del estado basal 2S al excitado 2P, crea el hueco sigma y hace más favorable la interacción HOMO (del helio) con el LUMO (del Be+). 12
Se han observado aductos gaseosos del tipo HeE2+ donde E = V,Ta, Mo. W, Re. Rh, Ir, Pt, así como He2Pt2+, He2W3+, He2W3+ y He4W3+. 20-22
Se han investigado teórica y experimentalmente aductos de helio con moléculas del tipo Hen(N2)+, Hen(CO)+, Hen(O )+ y otros parecidos donde n13. Estos compuestos pueden ser observados por espectrometría de masas de alta presión, espectroscopía de alta resolución y estudiados mediante cálculos teóricos ab initio.
A raíz de la obtención de HArF, que se discutirá más adelante, el estudio del análogo con helio recobró importancia. Los estudios teóricos del HHeF, indican que es una especie metaestable que se desintegraría en: He + HF y H + He + F. Una aproximación del tiempo de vida es de 120 ps y para el análogo deuterio DHeF es de 14 ns.23 Los estudios sobre la estabilidad del HHeF en cristales de helio a altas temperaturas encontraron que a presiones por encima de 500 Mpa, se podría suprimir completamente la descomposición en H +He + F. El estudio a presiones mucho más altas, señala que la escala de tiempo para la descomposición: HHeF He + HF, es en el rango de milisegundos. A presiones muy por encima a 23 Gpa, se espera la estabilidad indefinidamente de este compuesto. En el estado de transición su energía es de 7,8 Kcal mol-1. La figura 2 muestra la estructura predicha para HHeF basada en cálculos teóricos. 24

Como se observa, en la figura 2, se trata de una estructura lineal. Dicha estructura también puede ser predicha aplicando la teoría de repulsión de los electrones de la capa de valencia. En efecto, el átomo central helio tiene dos electrones en su capa de valencia, que sumados a los dos enlaces dan un total de 4, que divido entre dos da 2. Para este número de pares de electrones la teoría, antes citada, nos predice una estructura lineal.
En la figura 3 se muestra la geometría de la formación del estado de transición de los productos He +HF; la carga efectiva sobre el átomo de helio cae rápidamente a cero; el átomo de helio asume una estructura electrónica cerrada y posteriormente se forma enlace H-F.

Se han llevado a cabo estudios computacionales para calcular la energía de estabilización de HHeF por la formación de aductos con átomos de Xe. Para el estudio del sistema HHeF-Xen...(n=1-4,6), se encontró una gran disminución de la energía n HHeF con respecto a la disociación en átomos. Como una hipótesis de estos estudios, se da como supuesto que este efecto de estabilización continúa para los sistemas mayores (n > 6). Esto sugiere que la disociación de HHeF vía estiramiento H-He podría ser suprimida y su tiempo de vida podría ser incrementada por inserción de grandes clusters de Xe o por matrices. Este interesante estudio del complejo HHeF con diferentes acompañantes, puede dar mayores luces sobre mejores efectos estabilizantes para esta molécula. En el esquema 1 se observa la optimización de algunas estructuras. 25

Se han realizado muchos estudios teóricos calculados por ab-initio para las especies: HeBeO, NeBeO, ArBeO, HeLiF, ArLiF, HeBN, ArBN, y HeLiH. Los resultados teóricos predichos para HeBeO, NeBeO, y ArBeO, señalan que éstos son estables hacia la disociación de los átomos de GN. Además, se ha encontrado que las longitudes de enlace GN-Be son cortas. Los cálculos de energía de disociación son 3,1 kcal/mol; 2,2 kcal/mol, y 7,0 kcal/mol, respectivamente. Estos valores de enlace son muy bajos debido probablemente a una sobreestimación del método usado. En contraste a estas estructuras, para el caso de los compuestos: HeLiF, ArLiF, HeBN, ArBN, y HeLiH, se obtuvieron energías de disociación menores a lo predicho; D00,1, kcal/mol. Las interacciones débiles del sistema GN-AB*, HeLiF, ArLiF, 0 HeBN, ArBN, y HeLiH, debería considerarse mejor como complejos de van der Waals, los cuales tienen fuerzas de enlace dipolo-dipolo inducido. El análisis de la densidad electrónica de las estructuras GNBeO, HeBeO, NeBeO y ArBeO revela esencialmente interacciones dipolo inducción-carga entre los átomos de GN y BeO sin ninguna indicación de interacción covalente. Sin embargo, todas las evidencias apuntan hacia una clasificación inusual de HeBeO, NeBeO, y ArBeO como complejos estables van der Waals. 9
Pero no sólo es posible obtener y observar compuestos de He con moléculas típicamente inorgánicas, sino también con compuestos orgánicos. El complejo CH3+---He tiene un interés muy grande para la química orgánica, la bioquímica y la astrofísica. Los datos experimentales sustentados con estudios teóricos dan pie a señalar un enlace ∏ con una simetría estructural tipo C3v con una unión débil entre el helio y el carbono. Asimismo se han postulado a la especie HeCH4+ como un producto en la activación por colisión de CH4+ con el helio gaseoso y a la especie CH4He2+ por reacción en fase gas de CH42+ con helio. CH4He2+ es isoelectrónico a CH5+ con simetría Cs y tiene un enlace de tres centros con dos electrones entre el 5 s carbón y dos átomos de hidrógeno. Se han detectado cationes muy grandes y estables que contiene átomos de helio, por ejemplo, H3CBeHe+, F3CBeHe+, HC2BeHe+, H3C2BeHe+ y H6C5BeHe+.
Desde que los fullerenos fueron preparados en 1985, diversos métodos han sido ideados para introducir átomos y moléculas pequeñas dentro de estas jaulas vacías. Usando temperaturas y presiones altas el grupo de Saunders 26-29 introdujo gases nobles dentro del fullereno.
Los complejos endohendrales de fullerenos y átomos de GN fueron originalmente preparados por el método de espectroscopía de masas involucrando colisiones de altas energías de los iones de fullereno y los blancos de GNs a temperaturas y presiones altas. 30
Los complejos de 3He insertados dentro de la cavidad de jaula abierta del fullereno, se designan por: He@C60. Un típico porcentaje de He en el complejo He@C60 es de aproximadamente 0,1% después de 5 h a 600 ºC y 2500 atm. La inserción del Ne, Ar, Kr, y trazas de xenón también se han observado en experimentos a presiones altas.
Usando el método de espectroscopía de masas se han reportado complejos endohendrales que contienen dos átomos de GN: He2@C60+ , He2@C50+, Ne3He@C60+ ,Ne3He@C52+, ArHe@C60+, ArHe@C70+, KrHe@C60+ y KrHe@C58+. 30 Donde 3He es el isótopo del 2He.
Los mecanismos de inserción de los GN a fullerenos no son del todo conocidos. Los cálculos muestran que se necesitan 220 kcal/mol para hacer que un átomo de helio ingrese por un anillo de seis miembros. 31,32 Con el paso de los años y las múltiples investigaciones realizadas, se han postulado tres posibilidades. En la primera, la penetración en el anillo o la directa inserción de helio a través de un anillo pentagonal o hexagonal. La segunda, es la formación de una especie de ventana, por rompimiento de uno o más enlaces carbono-carbono, de tal modo que se crea una abertura en el fullereno con el consecuente cierre después de la inserción (el enlace carbono-carbono se vuelve a formar). El tercero, es el mecanismo del agujero, una especie de ventana como el anterior caso, pero no se cierra por el restablecimiento del enlace carbono-carbono ya que éste no se vuelve a regenerar.
También se han mostrado que dos átomos de helio ingresan a C70. El compuesto de di-helio He2@C70, fue producido a temperaturas y presiones altas, y fue detectado por 3He NMR y MS. La proporción entre el compuesto mono-helio, He@C70 y la de di-helio He2@C70 fueron encontradas como 20:1. Todavía no se ha observado el compuesto He2@C60 por 3He-RMN o MS. 33
Otra alternativa reciente, para introducir gases nobles u otras especies dentro de los fullerenos, es el de abrir un agujero en el fullereno por medio de una modificación química. El primer intento, por este último método, fue realizado por el grupo de Wudl, pero debido a que la abertura era demasiado pequeña para introducir al helio falló en el intento. El grupo de Rubin produjo un fullereno con una abertura mayor y fue capaz de introducir 3He y H , así como medir la velocidad de escape del 3He. Años después el grupo de Komatsu 34 produjo un fullereno con una abertura aun más grande, conocido como KOFC, el cual se representa en el figura 4.

Saunders midió la velocidad de reacción:

mediante 3He NMR y obtuvo la energía de activación y la constante de equilibrio de la incorporación del helio dentro del fullereno.
De manera análoga, se ha observado que el helio puede penetrar el anillo de cinco miembros del dodecaedrano, y el resultado es: He@C20H20. Dicho proceso es mostrado en el esquema 2. Este compuesto es estable durante semanas. 35

Se ha observado que la incorporación del cianuro de potasio en la mezcla de reacción aumenta la incorporación de GN en el fullereno. Todavía no se sabe cómo el KCN actúa en esta reacción. En cierta forma, la adición de uno o más grupos CN debe debilitar los enlaces C-C a fin de que la molécula se abra lo suficiente para introducir un átomo del GN. El proceso debe ser reversible, al menos parte del tiempo, para producir GN@C60.32
Análogo al helio, el Xe fue insertado dentro del C60 bajo condiciones de 3000 atm y 650 ºC. El compuesto Xe@C60 fue separado del C usando HPLC. El espectro de 13C-RMN para Xe@C60 mostró un desplazamiento hacia campos bajos de 0,95 ppm. Asimismo, el espectro 129Xe-RMN mostró una línea a campo bajo de 179,2 ppm para el gas xenón; esta inserción es mucho más dificultosa que la de helio. El helio es mucho más pequeño que la cavidad del C60, los electrones del helio están muy concentrados en el núcleo, por lo que hay muy poca interacción entre estos electrones y los electrones ∏-del fullereno. El helio muestra un efectivo campo magnético dentro de la cavidad del fullereno. En caso del xenón, los electrones 5p del xenón están mucho más cerca e interactúan fuertemente con lo electrones ∏- fullereno. Además, es mucho más difícil hacer un cálculo en un sistema con tantos electrones. 36
Se ha reportado el enlace relativamente fuertes entre el complejo carbonil níquel (NiCO) con los gases nobles (GN = He, Ne, Ar). Se determinó que la energía de enlace GN-NiCO tiene los siguientes valores: 9,55; 3,71 y 5,97 kcal/mol, para Ar-NiCo, Ne-NiCo y He-NiCo, respectivamente.37

Probremas en la salud


Efectos de la exposición: La sustancia puede ser absorbida por el cuerpo por inhalación. Inhalación: Elevación de la voz. Mareos. Pesadez. Dolor de cabeza. Asfixia. Piel: Congelación en contacto con el líquido. Riesgo de inhalación: Si hay pérdidas en el contenedor este gas puede provocar asfixia, ya que hace disminuir el contenido de oxígeno en el aire en los lugares cerrados. Comprobar la concentración de oxígeno antes de entrar en el recinto.

Read more: http://www.lenntech.es/periodica/elementos/he.htm#ixzz3ZNIFlGoD



Bibliográficas



http://www.heurema.com/Origenes17.htm
http://curiosidades.batanga.com/4333/caracteristicas-del-helio
http://www.es.airliquide.com/es/aplicaciones-del-helio.html
http://www.scielo.org.pe/scielo.php?pid=S1810634X2006000400005&script=sci_arttext
http://elementos.org.es/helio