O gás Hélio é muito conhecido por sua utilização em balões festivos e por deixar com voz de pato quem o traga (graças à velocidade de propagação do som diferenciada nesse meio).
Mas ele também é usado na forma líquida como refrigerante de dispositivos médicos e de instrumentos científicos.
O que é menos sabido é que ele possui dois diferentes estados líquidos, um dos quais é beeeemmm estranho.
O estado líquido I do Hélio ocorre entre 2,18 K e 4,22 K (entre -270,97ºC e -268,93ºC). Nesse estado ele é quase invisível, os cientistas precisam fazer objetos flutuarem sobre ele para saber onde se encontra a superfície do líquido.
Isso porque esse estado é ao mesmo tempo transparente e ligeiramente mais leve que o vácuo ou a atmosfera terrestre.
Entretanto, quando ele atinge temperaturas próximas a 2.18 K que as coisas começam a ficar realmente estranhas. Esse vídeo da BBC dá uma boa ideia:
Para compreender o que está acontecendo é necessário dar-se conta que todos os fluidos que nós conhecemos possuem viscosidade. As partículas no interior do fluido interagem (podemos usar a palavra “raspar”) com as outras enquanto fluem, criando fricção.
Algumas vezes a viscosidade é óbvia, tal como observado no mel. Com a água, nós mal conseguimos observá-la, o que não significa que a água não seja viscosa, só que muito menos que outros líquidos.
Entretanto, um “superfluido” não possui viscosidade alguma. Não se trata de apenas um pouco de viscosidade, mas sim de absolutamente nenhuma viscosidade.
O estado líquido II do Hélio contém uma mistura de material superfluido e não-superfluido. Inteiramente livre de forças friccionais o Hélio II escala as paredes, passa através de orifícios que bloqueiam o avanço do Hélio I, e conduz calor um milhão de vezes melhor que o Hélio I e centenas de vezes mais facilmente que elementos químicos metálicos.
Ah, e eu já falei que ele produz uma fonte “sem fim”?
Para saber mais sobre o Hélio, continue a ler o post.
Todos esses efeitos são explicados pela mecânica quântica – algo que normalmente ocorre em uma escala tão pequena que nós não conseguimos perceber. Apesar de ser mais um líquido do que um gás super-resfriado, existem fortes similaridades com o Condensado de Bose-Einstein (BEC) que também é um superfluido (e ele consegue fazer coisas ainda mais estranhas que o Hélio II, mas é muito mais difícil de produzir).
O efeito de escalar paredes ocorre na forma de um filme de 30 milionésimos de milímetro de espessura. O Hélio “rasteja” em direção a lugares mais quentes onde ele pode evaporar, mesmo se isso exija que ele desafie a gravidade para chegar lá.
É também uma excelente ilustração das forças capilares que fazem com que a água suba por um tubo pequeno, só que a elevado a um grau espantosamente alto no caso do Hélio II.
Muitos dos frascos que usamos possuem pequenos buracos, mas os líquidos não escapam deles porque sua viscosidade previne qualquer coisa de fluir por ali. Ou seja, sem viscosidade = um vazamento enorme.
A condutividade térmica funciona de uma forma muito diferente da condução térmica em muitos materiais. O calor flui através do ar (como o som), movendo a 20 m/s a temperaturas em torno de 1 K.
O efeito fonte ocorre quando uma câmara está separada do Hélio II por uma barreira que permita a passagem do superfluido, mas que impeça a passagem de líquidos não-superfluidos.
O aquecimento da câmara causa a perda da condição de superfluido do Hélio II. Um balanço é mantido para a proporção de Hélio superfluido e não-superfluido em cada lado da barreira, de forma que o superfluido extra passa através, incrementando a pressão e produzindo uma fonte.
O efeito foi descoberto por acidente quando o experimentador Jack Allen aproximou um isqueiro do equipamento, aquecendo a câmara o suficiente para iniciar o efeito.
Diário de um Químico Digital 3.0 