O comportamento único de Helium a baixas temperaturas decorre de suas fracas forças interatômicas. Aqui está um detalhamento de por que ele precisa ser resfriado em 4K para condensação:

1. Forças interatômicas fracas:

* Os átomos de helium são muito pequenos e têm uma atração muito fraca entre si. Isso se deve à sua configuração de elétrons de casca fechada, o que os torna muito estáveis.
* Essas forças fracas, conhecidas como forças de van der Waals, são responsáveis ​​por manter moléculas juntas em líquidos e sólidos.

2. Alta energia cinética:

* À temperatura ambiente, os átomos de hélio têm uma alta energia cinética. Isso significa que eles estão se movendo muito rapidamente e estão constantemente colidindo um com o outro.
* As fracas forças interatômicas não são fortes o suficiente para superar essa energia cinética e manter os átomos unidos em um estado líquido.

3. Temperatura e pressão críticas:

* Para que qualquer substância se condense, ela precisa ser resfriada abaixo de sua temperatura crítica. Nesta temperatura, a energia cinética dos átomos é baixa o suficiente para que as fracas forças interatômicas superem.
* O hélio tem uma temperatura crítica excepcionalmente baixa de 5,2k. Isso significa que ele precisa ser resfriado até zero quase absoluto (0 kelvin) para as fracas forças interatômicas para superar a energia cinética dos átomos.

4. Condensação em 4k:

* Quando o hélio é resfriado abaixo de sua temperatura crítica de 5,2k, ele começa a se condensar em um estado líquido.
* A 4K, a energia cinética dos átomos de hélio é baixa o suficiente para que as fracas forças interatômicas as mantenham unidas em um líquido.
* O resfriamento adicional para 2.17k transforma o hélio líquido em um superfluido, onde exibe propriedades surpreendentes como a viscosidade zero.

em resumo:

A baixa temperatura crítica do hélio e as forças interatômicas fracas significam que requer temperaturas extremamente baixas para superar a energia cinética de seus átomos e condensar um líquido. Esse comportamento único faz do hélio um excelente fluido criogênico para aplicações, como pesquisa de supercondutividade e máquinas de ressonância magnética.