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 pensó que era "demasiado distante" para reaccionar con los otros elementos de la tabla periódica.

Ahora, sin embargo, un equipo de científicos dirigido por la Universidad Estatal de California, El profesor de química de Northridge (CSUN) 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 sólidos estables:la miríada de combinaciones de elementos químicos que crean todo tipo de materiales.

La investigación también sugiere que el gas, cuyo suministro en la Tierra ha ido disminuyendo, se puede encontrar en el manto de la Tierra, un lugar que alguna vez se consideró improbable, ya que no se conocía una química que mantuviera el helio allí.

El nuevo estudio, "Reactividad de He con compuestos iónicos a alta presión, "fue publicado 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 haber sintetizado un compuesto estable a partir de helio y sodio. un elemento en la sal de mesa, bajo alta presión.

Aunque esa reacción fue probada por experimentos, Miao dijo, "No entendíamos por qué podía 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, Doctor. "Como resultado, estabiliza lo que normalmente sería una situación inestable, algo así como una niñera actúa como mediadora cuando sus hijos no se llevan bien ".

"La investigación es fundamentalmente interesante porque siempre se consideró que el helio no era reactivo, el elemento que no reacciona con nada, "dijo el coautor del estudio Zurek, Doctor., Catedrático 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 académicos visitantes Zhen Liu y Jorge Botana de CSUN (postdoctorados en el Centro de Investigación de Ciencias Computacionales de Beijing en China); el profesor de física Andreas Hermann, Doctor., de la Universidad de Edimburgo en el Reino Unido; Steven Valdez, estudiante de química de CSUN; el profesor de física Dadong Yan, Doctor., de la Universidad Normal de Beijing en China; y el profesor de física Hai-qing Lin, Doctor., director del Centro de Investigación en Ciencias Computacionales de Beijing.

El papel de la 'niñera' del helio

Los iones son átomos o moléculas con 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, compuesto por iones de sodio cargados positivamente y cloro cargados negativamente).

Pero cuando los compuestos contienen un número desigual 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 como la niñera, "Dijo Miao.

"Los elementos químicos se unen para formar un compuesto, algo así como una familia, ", explicó." Pero, como en cualquier familia, no todo el mundo se lleva bien, en este caso porque tiene demasiados iones negativos o positivos.

"Ahora, vamos a aplicar presión para que este compuesto funcione, que es como poner esta familia, este compuesto, en un coche muy pequeño, "Continuó Miao." ¿Sabes lo que sucede cuando obligas a tus hijos a sentarse juntos en el asiento trasero de un auto pequeño? a veces no se llevan bien, hay discusiones y empujones. Bien, el helio es la niñera en el coche de este compuesto químico. Se sienta entre los niños para ayudarlos a llevarse bien. pero realmente no es parte de la familia ".

En el caso de compuestos químicos, Miao explicó, el helio no forma ningún tipo de enlace químico con sus átomos vecinos. En lugar de, 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 consta de fluoruro de magnesio y un átomo de helio, y otro compuesto por 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 de este elemento a la Tierra se está agotando lentamente.

Miao dijo que si la teoría de su equipo resulta cierta:"Creo que lo será, y ha sido parcialmente probado ":no solo podría proporcionar nuevos conocimientos sobre el papel que desempeña el helio en los compuestos químicos, pero también proporciona pistas sobre dónde se puede encontrar más.

"Nuestro trabajo revela que el helio tiene la propensión a reaccionar con una amplia gama de compuestos iónicos incluso a presiones bajas, lo que implica que podría haber mucho más en la Tierra de lo que creemos, ", dijo." Dado que la mayoría de los minerales de la Tierra contienen un número desigual de iones cargados positiva y negativamente, nuestro trabajo sugiere que podrían almacenarse grandes cantidades de helio en el manto de la Tierra ".