Hélio, o segundo elemento mais leve do universo, tem uma variedade de usos, desde manter balões flutuando até resfriar ímãs supercondutores.

É também um gás nobre - assim rotulado porque por muito tempo foi considerado "indiferente" para reagir com os outros elementos da tabela periódica.

Agora, Contudo, uma equipe de cientistas liderada pela California State University, Maosheng Miao, professor de química de Northridge (CSUN), e incluindo a professora de química da University at Buffalo Eva Zurek, forneceu uma explicação teórica de como o hélio pode ser capaz de formar compostos sólidos estáveis ​​- a miríade de combinações de elementos químicos que criam todos os tipos de materiais.

A pesquisa também sugere que o gás - cujo suprimento na Terra tem diminuído - pode ser encontrado no manto terrestre, um lugar antes considerado improvável, uma vez que não havia química conhecida para manter o hélio lá.

O novo estudo, "Reatividade de He com compostos iônicos sob alta pressão, "foi publicado em 5 de março em Nature Communications . O trabalho foi inspirado por um estudo de 2017 em que uma equipe de pesquisa diferente relatou a síntese de um composto estável de hélio e sódio, um elemento no sal de cozinha, sob alta pressão.

Embora essa reação tenha sido comprovada por experimentos, Miao disse, "não entendíamos por que isso poderia acontecer. Agora entendemos. Hélio é uma boa 'babá'."

"Propomos que haja uma força motriz geral para o hélio reagir com compostos iônicos assim que esses compostos tiverem números desiguais de íons carregados negativamente e positivamente, "disse Miao, Ph.D. "Como resultado, estabiliza o que normalmente seria uma situação instável, mais ou menos como uma babá medeia quando seus filhos não se dão bem. "

"A pesquisa é fundamentalmente interessante porque o hélio sempre foi considerado não reativo - o elemento que não reage com nada, "disse o co-autor do estudo Zurek, Ph.D., professor de química na UB College of Arts and Sciences. "Nossa pesquisa ilustra um novo mecanismo que explica por que o hélio pode reagir com outras espécies químicas para formar compostos sob pressão. Além disso, previmos novos conjuntos de compostos que também podem reagir com o hélio sob pressão que não foram estudados no trabalho original. "

Além de Miao e Zurek, a equipe incluiu os acadêmicos visitantes Zhen Liu e Jorge Botana do CSUN (pós-doutorado no Centro de Pesquisa em Ciência da Computação de Pequim na China); professor de física Andreas Hermann, Ph.D., da Universidade de Edimburgo, no Reino Unido; Steven Valdez, estudante de química da CSUN; professor de física Dadong Yan, Ph.D., da Universidade Normal de Pequim na China; e o professor de física Hai-qing Lin, Ph.D., diretor do Centro de Pesquisa em Ciência Computacional de Pequim.

O papel de 'babá' do Hélio

Os íons são átomos ou moléculas com carga elétrica. Em alguns compostos químicos estáveis, um íon carregado negativamente equilibra um íon carregado positivamente. (Um exemplo disso é o sal de cozinha, composto de sódio com carga positiva e íons de cloro com carga negativa).

Mas quando os compostos contêm números desiguais de íons carregados negativamente e positivamente, a repulsão entre átomos com a mesma carga pode fazer com que a estrutura se torne instável sob pressão.

É aí que entra o hélio. "É como a babá, "Miao disse.

"Os elementos químicos se unem para formar um composto, como uma espécie de família, "ele explicou." Mas, como em qualquer família, nem todo mundo se dá bem - neste caso, porque você tem muitos íons negativos ou positivos.

"Agora, vamos aplicar pressão para fazer este composto funcionar, que é como colocar essa família, este composto, em um carro muito pequeno, "Miao continuou." Você sabe o que acontece quando você força seus filhos a se sentarem juntos no banco de trás de um carro pequeno, às vezes eles não se dão bem - há brigas e empurrões. Nós vamos, o hélio é a babá do carro desse composto químico. Fica entre as crianças para ajudá-las a se darem bem, mas realmente não faz parte da família. "

No caso de compostos químicos, Miao explicou, o hélio não forma nenhum tipo de ligação química com os átomos vizinhos. Em vez de, ele se insere entre os elementos do composto para mantê-los estáveis.

A nova pesquisa estabelece as bases para estudos futuros de compostos de hélio, prevendo compostos adicionais que seriam estáveis ​​sob pressão, tal como um composto que consiste em fluoreto de magnésio e um átomo de hélio, e outro consistindo de fluoreto de cálcio e um átomo de hélio.

Mais hélio na Terra?

A leveza e o uso extensivo do hélio significam que o suprimento do elemento da Terra está lentamente se esgotando.

Miao disse que se a teoria de sua equipe for verdadeira - "Eu acredito que sim, e foi parcialmente comprovado "- não só poderia fornecer novos insights sobre o papel que o hélio desempenha em compostos químicos, mas também fornece pistas de onde mais informações podem ser encontradas.

"Nosso trabalho revela que o hélio tem a propensão de reagir com uma ampla gama de compostos iônicos mesmo em baixas pressões, o que implica que pode haver muito mais na Terra do que imaginamos, "disse ele." Uma vez que a maioria dos minerais da Terra contém números desiguais de íons carregados positiva e negativamente, nosso trabalho sugere que grandes quantidades de hélio podem ser armazenadas no manto da Terra. "