El helio, el segundo elemento más ligero del universo, tiene una variedad de usos, desde mantener los globos a flote hasta enfriar imanes superconductores.
También es un gas noble, así etiquetado porque durante mucho tiempo se creyó que era "demasiado distante" para reaccionar con los otros elementos en la tabla periódica.
Ahora, sin embargo, un equipo de científicos dirigido por la profesora de química de Northridge CSUN de la Universidad Estatal de California, Maosheng Miao, e incluyendo a la profesora de química de la Universidad de Buffalo, Eva Zurek, ha proporcionado una explicación teórica de cómo el helio puede ser capaz de formar compuestos estables- las innumerables combinaciones de elementos químicos que crean todo tipo de materiales.
La investigación también sugiere que el gas, cuyo suministro en la Tierra ha estado disminuyendo, se puede encontrar en el manto de la Tierra, un lugar que alguna vez se consideró improbable ya que no había química conocida para mantener el helio allí.
El nuevo estudio, "Reactividad del He con compuestos iónicos a alta presión", se publicó el 5 de marzo en Comunicaciones de la naturaleza . El trabajo se inspiró en un estudio de 2017 en el que un equipo de investigación diferente informó que sintetiza un compuesto estable a partir de helio y sodio, un elemento en la sal de mesa, a alta presión.
Aunque esa reacción fue probada por experimentos, Miao dijo, "no entendimos por qué podría suceder. Ahora sí. El helio es una buena 'niñera'".
"Proponemos que existe una fuerza impulsora general para que el helio reaccione con compuestos iónicos tan pronto como estos compuestos tengan un número desigual de iones cargados negativamente y cargados positivamente", dijo Miao, PhD. "Como resultado, estabiliza lo quenormalmente es una situación inestable, como la mediación de una niñera cuando sus hijos no se llevan bien "
"La investigación es fundamentalmente interesante porque el helio siempre se consideró no reactivo, el elemento que no reacciona con nada", dijo el coautor del estudio, Zurek, PhD, profesor de química en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB."Nuestra investigación ilustra un nuevo mecanismo de por qué el helio podría reaccionar con otras especies químicas para formar compuestos bajo presión. Además, predijimos nuevos conjuntos de compuestos que también podrían reaccionar con helio bajo presión que no se estudiaron en el trabajo original".
Además de Miao y Zurek, el equipo incluyó a los investigadores visitantes Zhen Liu y Jorge Botana de CSUN postdocs en el Centro de Investigación de Ciencias Computacionales de Beijing en China; el profesor de física Andreas Hermann, PhD, de la Universidad de Edimburgo en el Reino Unido; Steven Valdez, estudiante de química de CSUN; profesor de física Dadong Yan, PhD, de la Universidad Normal de Beijing en China; y profesor de física Hai-qing Lin, PhD, director del Centro de Investigación de Ciencias Computacionales de Beijing.
papel de 'niñera' de Helium
Los iones son átomos o moléculas con una carga eléctrica. En algunos compuestos químicos estables, un ion cargado negativamente equilibra un ion cargado positivamente. Un ejemplo de esto es la sal de mesa, compuesta de sodio cargado positivamente e iones de cloro cargado negativamente.
Pero cuando los compuestos contienen números desiguales de iones cargados negativa y positivamente, la repulsión entre átomos con la misma carga puede hacer que la estructura se vuelva inestable bajo presión.
Ahí es donde entra el helio. "Es algo así como la niñera", dijo Miao.
"Los elementos químicos se unen para formar un compuesto, como una familia", explicó. "Pero, como en cualquier familia, no todos se llevan bien, en este caso porque tienes demasiados iones negativos o positivos.
"Ahora, vamos a aplicar presión para que este complejo funcione, que es como poner a esta familia, este compuesto, en un automóvil muy pequeño", continuó Miao. "Sabes lo que sucede cuando obligas a tus hijos a sentarsejuntos en el asiento trasero de un automóvil pequeño, a veces no se llevan bien, hay disputas y empujones. Bueno, el helio es la niñera en el automóvil de este compuesto químico. Se sienta entre los niños para ayudarlos a llevarse bien, pero realmenteno es parte de la familia "
En el caso de los compuestos químicos, explicó Miao, el helio no forma ningún tipo de enlace químico con sus átomos vecinos. En cambio, se inserta entre los elementos del compuesto para mantenerlos estables.
La nueva investigación sienta las bases para futuros estudios de compuestos de helio al predecir compuestos adicionales que serían estables bajo presión, como un compuesto que consiste en fluoruro de magnesio y un átomo de helio, y otro que consiste en fluoruro de calcio y un átomo de helio.
¿Más helio en la Tierra?
La ligereza y el uso extensivo del helio significan que el suministro del elemento a la Tierra se está agotando lentamente.
Miao dijo que si la teoría de su equipo es cierta - "Creo que lo hará, y se ha demostrado parcialmente" - no solo podría proporcionar nuevas ideas sobre el papel que juega el helio en los compuestos químicos, sino también proporcionar pistas sobre dónde másde ella se puede encontrar.
"Nuestro trabajo revela que el helio tiene la propensión a reaccionar con una amplia gama de compuestos iónicos incluso a bajas presiones, lo que implica que podría haber mucho más de lo que creemos en la Tierra", dijo.los minerales de la Tierra contienen cantidades desiguales de iones cargados positiva y negativamente, nuestro trabajo sugiere que grandes cantidades de helio podrían almacenarse en el manto de la Tierra ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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