èlio
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Chimica
sm. [sec. XIX; dal greco hḗlios, sole]. Elemento chimico di simbolo He, peso atomico 4,00 e numero atomico 2, appartenente alla famiglia dei gas nobili. L'elio fu scoperto (1868) esaminando allo spettroscopio la luce proveniente dal Sole; in seguito fu osservato nelle inclusioni gassose di minerali radioattivi e infine isolato dall'atmosfera terrestre (1900). Nell'aria è presente in concentrazione minima (5,24 10-4% in volume); in quantità maggiore è contenuto nei gas naturali (dallo 0,2 al 7-8%). I giacimenti di gas più ricchi di elio si trovano negli Stati Uniti, in Canada, nel Sahara occidentale e nell'Unione Sovietica; in Italia l'unica fonte di elio è costituita dai gas dei soffioni boraciferi nei quali l'elio è presente in ragione dello 0,26%. Industrialmente l'elio viene ottenuto dai gas naturali per liquefazione dei componenti principali della miscela naturale: la fase gassosa residua, ricca di elio, viene purificata mediante adsorbimento selettivo. L'elio dei gas naturali è di origine radioattiva: le particelle alfa emesse da parecchi elementi radioattivi sono infatti nuclei di atomi di elio, che si trasformano in normali atomi di elio sottraendo due elettroni ad atomi di altri elementi presenti nell'ambiente. Quantunque esso si formi di continuo nella crosta terrestre attraverso i fenomeni di radioattività, la piccola quantità di elio presente nell'atmosfera terrestre è dovuta al fatto che, dato il suo basso peso atomico, l'elio tende a sfuggire dall'atmosfera verso lo spazio esterno. Come gli altri elementi del gruppo dei gas nobili, l'elio, in tutti i suoi stati di aggregazione, esiste solo sotto forma di atomi liberi, ossia di molecole monoatomiche. È inerte dal punto di vista chimico e non forma composti con alcun altro elemento. Alla pressione atmosferica, l'elio liquefà a –268,6 ºC e il liquido solidifica a –272,2 ºC, ossia poco al di sopra dello zero assoluto. L'elio trova impiego come gas di riempimento per palloni aerostatici in sostituzione dell'idrogeno, rispetto al quale, pur presentando un potere ascensionale un poco minore, ha però il vantaggio di non essere infiammabile. Lo si usa inoltre per effettuare saldature di particolari metalli in atmosfera assolutamente inerte, come gas pressurizzante inerte nei serbatoi di carburante dei missili, per gonfiare pneumatici di aerei, dove riesce utile la sua elevata conducibilità termica, e in varie applicazioni di laboratorio.
Astrofisica
L'elio è la sostanza più diffusa nell'universo, dopo l'idrogeno, con un'abbondanza del 25% in massa. Si ritiene che tale diffusione sia solo marginalmente di origine stellare, infatti la stella non è in grado di trasformare in elio più del 12% della propria massa iniziale d'idrogeno; inoltre gran parte della sostanza così prodotta è destinata a trasformarsi, a sua volta, in elementi più pesanti attraverso catene reattive successive. L'ipotesi più attendibile, per la risoluzione del cosiddetto “problema dell'elio”, è che la sostanza abbia origine cosmologica, nel senso che sia stata prodotta nel corso dell'era fotonica, entro i primi 1000 secondi di vita dell'Universo, fino a che le temperature del fluido cosmologico si mantennero al di sopra dei 109 K.
Medicina
L'elio viene adoperato per aumentare l'efficacia dell'ossigenoterapia in casi di ostruzione delle vie respiratorie di origine infettiva, traumatica, allergica, oppure dovuta a neoplasie, a inalazione di vapori irritanti, ecc. All'origine di tale impiego vi sono l'elevata capacità di diffusione dell'elio nelle miscele gassose, e il fatto che la miscela elio-ossigeno (rispettivamente il 20% e l'80%) ha un peso specifico pari a 1/3 di quello dell'aria nelle medesime condizioni, e quindi una capacità di diffusione tre volte maggiore, dato che la velocità di diffusione dei gas attraverso orifizi ristretti è inversamente proporzionale al loro peso specifico. L'elio viene anche adoperato in anestesia per ridurre l'infiammabilità del ciclopropano miscelato con l'ossigeno. L'utilizzazione dell'elio nei respiratori durante le immersioni subacquee è limitata dal costo elevato, ma presenta importanti vantaggi, specie ad alte profondità: l'elio infatti riduce il pericolo di embolie gassose durante la decompressione, grazie alla sua limitata solubilità nel sangue; elimina il rischio della cosiddetta “narcosi da azoto”, che può manifestarsi quando si respiri aria ad alta pressione; bilancia con la sua alta diffusibilità l'aumento delle resistenze respiratorie che si ha in condizioni di iperbarismo.