El descubrimiento del helio

Hace algún tiempo, una explosión en la etapa superior de un cohete Falcon-9 provocó la destrucción del vehículo y de su carga durante una serie de comprobaciones en tierra. El diagnóstico: la rotura de un depósito de helio, gas utilizado para presurizar el combustible de los motores. La sustancia se utiliza habitualmente en diversos ámbitos, pero hace un siglo y medio era completamente desconocida para la ciencia.

Durante el gran estallido que dio lugar a nuestro universo, el Big Bang, una serie de mecanismos físico-químicos produjeron un contenido primigenio que quedó constituido, en su mayor parte, por la sustancia que llamamos hidrógeno, y por una cantidad mucho menor de otra a la que denominamos helio (He). Este, en efecto, es el segundo elemento más abundante en el universo conocido, conformando hasta el 24 por ciento de su masa detectable. También es el segundo elemento más ligero, puesto que está compuesto por solo dos protones (y dos electrones, en su estado neutro). Los astrofísicos nos dicen además que el universo está produciendo constantemente helio, gracias a los procesos de fusión nuclear que suceden en el interior de las estrellas.

A pesar de su aparente importancia, los químicos no detectaron la existencia del helio hasta el 18 de agosto de 1868, cuando la obtención de un espectro del Sol, durante un eclipse, permitió ponerlo de manifiesto, si bien inicialmente, su primer descubridor, el francés Pierre Jules Janssen, creyó que se trataba de sodio. Habría que esperar al 20 de octubre de ese mismo año para que un inglés, Norman Lockyer, concluyera que constituía un nuevo elemento químico del que no se había hallado jamás muestra alguna en nuestro planeta.

Nuestra estrella, efectivamente, tenía helio (nombre otorgado por el propio Norman Lockyer y su colega Edward Frankland en base al término griego utilizado para el Sol, donde se descubrió por primera vez), pero la opinión generalizada era que la Tierra carecía de él.

Esta creencia fue pronto contestada, ya que los estudios realizados de la lava del Vesubio por Luigi Palmieri, en 1882, proporcionaron espectros que delataban su presencia en pequeñas cantidades. El helio, por tanto, también existía en la Tierra, pero el hecho de que apareciera en un ámbito tan extremo hacía sospechar que se encontrara solo en las profundidades del planeta.

En 1895, y de forma independiente, dos equipos científicos, uno escocés, con participación de Lockyer, y otro sueco, lograron detectar helio durante el tratamiento de un cierto tipo de mineral. Estos trabajos, que implican la aplicación de procesos químicos para obtener determinadas sustancias, proporcionan a veces sorpresas. Y así, Sir William Ramsay, que buscaba obtener argón, acabó detectando helio, y sus colegas suecos lograron incluso medir su peso atómico.

Desde entonces, y sobre todo durante la primera mitad del siglo XX, el helio fue estudiado con todo detalle, tanto en su estado neutro como a través de algunos de sus isótopos. Algunos científicos lograron licuarlo, y en 1926 se pudo solidificar gracias a someterlo a altas presiones y a temperaturas próximas al cero absoluto. Además, en el marco de los estudios sobre los diferentes tipos de radiación, se determinó que las partículas alfa eran realmente núcleos de helio, y en 1938 se concluyó que los isótopos helio-3 y helio-4 pueden experimentar superfluidez (viscosidad casi nula) a bajísimas temperaturas.

Nuestros conocimientos sobre el helio, pues, han proporcionado grandes avances en la física y la química. El principal problema, sin embargo, siempre fue su obtención. Extraerlo del tratamiento de determinados minerales era caro y complejo, además de consumir mucho tiempo. La suerte de los científicos mejoró mucho en 1903, cuando una perforación petrolífera en Kansas, Estados Unidos, ocasionó un extraño chorro de gas incapaz de quemar, como sí lo hacía el metano puro, por ejemplo. El análisis de una muestra de dicho gas misterioso permitió concretar su composición, que estaba formada por nitrógeno, metano, hidrógeno y un cuarto gas desconocido, el cual resultó ser helio. Con una proporción de casi un 2 por ciento, la cifra era suficiente para tratar de explotarlo y aislarlo. En efecto, el helio era escaso en la Tierra, comparado con otros elementos, pero existían bolsas naturales de gas en ciertos puntos del globo que valía la pena extraer y tratar. Con el tiempo se han localizado otros yacimientos (Canadá, Rusia, Polonia…), pero durante muchos años los Estados Unidos mantuvieron un monopolio sobre su explotación.

Zepelín con helio. (Foto: Pixabay)

Aplicaciones y disponibilidad del helio

Ante su mayor disponibilidad, fue posible encontrar nuevas aplicaciones para el helio, más allá de las puramente científicas. Por ejemplo, a diferencia del hidrógeno, que es muy inflamable, el helio puede utilizarse sin peligro para llenar un globo tradicional o un zepelín. Así, en la década de 1920 se pusieron en el aire varios vehículos estadounidenses de esta clase. El helio también se usó para aplicaciones de soldadura y para espectrometría. Tras la Segunda Guerra Mundial, empezaría a ser utilizado como refrigerante en misiles y cohetes, y como sistema de presurización de su combustible. Y por supuesto, se usa en actividades lúdicas, donde se le llama “el gas de la risa”, debido al cambio que experimenta el tono de nuestra voz cuando lo hemos respirado.

En la actualidad, el helio estadounidense parece estar agotándose, y a pesar de que se han localizado más yacimientos y que otros países están explotando sus nuevas reservas, como Argelia o Qatar, se espera que la producción de esta sustancia no pueda pronto satisfacer la demanda, provocando un gran incremento de precios. Mientras se buscan alternativas en las aplicaciones donde se usa el helio, la historia de este elemento en la Tierra podría empezar a verse comprometida: descubierto y agotado en el plazo de poco más de dos siglos.

Naturalmente, hay mucho más helio en el universo. Lo difícil será acceder a él. Algunos científicos dicen que deberíamos ir a la Luna para ello. Uno de sus isótopos, el helio-3, impregna la superficie lunar procedente del Sol, donde se ha acumulado durante miles de millones de años. Su explotación podría permitir obtener el combustible ideal para los futuros reactores de fusión, aquellos que garanticen la disponibilidad energética definitiva para la Humanidad. Un buen renacimiento para el helio. (Fuente: NCYT Amazings/Manel Montes)