Gas elio (He): l'architetto invisibile dell'alta precisione

A che famiglia di gas appartiene l’elio?

L’elio (He) appartiene alla famiglia dei gas nobili (noti anche come gas rari). La sua configurazione elettronica, caratterizzata da un guscio di valenza saturo di due elettroni, gli conferisce una stabilità leggendaria. A differenza dei gas biatomici (come l’ossigeno o l’azoto), l'elio rimane monoatomico, una proprietà che contribuisce alla sua bassa viscosità e all'elevata capacità di diffusione.

All’interno della colonna 18 della tavola periodica, l’elio si distingue dagli altri gas nobili per alcune peculiarità operative:

• Rispetto all'argon: sebbene l'argon sia il gas nobile più utilizzato per la sua abbondanza, è molto più denso e pesante. L’elio offre una conduttività termica molto superiore, caratteristica che lo rende indispensabile nei processi di raffreddamento rapido dove l'argon risulterebbe insufficiente.
• Rispetto a neon e krypton: questi gas sono molto più rari e costosi. L'elio vanta l'intervallo di temperatura più ampio allo stato gassoso, rimanendo fluido anche a temperature criogeniche estreme dove gli altri gas nobili si liquefano.
• Capacità di diffusione: essendo la molecola più piccola del gruppo, l'elio possiede una capacità di penetrazione che nessun altro gas nobile può eguagliare, consolidandosi come lo standard unico per il rilevamento di micro-perdite in sistemi ad alta pressione.

Breve storia dell’elio

La sua scoperta nello spettro solare avvenne nel 1868 ad opera di Jules Janssen, ma fu isolato sulla Terra solo nel 1895. Dopo essere stato a lungo una curiosità di laboratorio, nel XX secolo è diventato un pilastro industriale, spinto dall'ascesa dell'aeronautica (dirigibili) e, successivamente, dallo sviluppo dell'elettronica e del settore nucleare.

Proprietà scientifiche determinanti

Dal punto di vista tecnico e ingegneristico, tre caratteristiche principali caratterizzano l'uso dell'elio nell'industria:

• Dimensioni atomiche minime: l'elio è una delle molecole più piccole esistenti, capace di penetrare in interstizi nanometrici. Questa proprietà lo rende lo standard ideale per il rilevamento delle perdite (ricerca fughe).
• Elevata conduttività termica: questo elemento trasferisce il calore con un'efficienza molto superiore rispetto ad altri gas come l'argon o l'azoto.
• Potenziale di ionizzazione record: nelle applicazioni di saldatura laser, le sue caratteristiche permettono di utilizzare potenze del raggio significativamente elevate con grande stabilità.

Caratteristiche fisiche e chimiche dell'elio gassoso

Proprietà principali dell'elio

L'elio si distingue per un insieme di proprietà fisiche che lo rendono unico nel panorama dei gas industriali:

• Bassa densità: è il secondo elemento più leggero dell'universo, il che gli conferisce un'elevata capacità di risalita.
• Non infiammabile: garantisce una sicurezza totale nei processi, non reagendo con altre sostanze nemmeno in presenza di calore estremo.
• Bassa solubilità: non si scioglie facilmente nei liquidi, proprietà sfruttata nelle miscele respiratorie.
• Comportamento in condizioni criogeniche: mantiene lo stato gassoso a temperature dove altri elementi si solidificano.

Dal punto di vista chimico, la sua formula è He. A differenza di gas come l'ossigeno (O₂) o l'azoto (N₂), l'elio non forma molecole complesse; questa natura monoatomica è il fattore chiave che determina la sua bassa viscosità e la sua straordinaria capacità di diffusione rapida.

A cosa serve l'elio gassoso?

Serve principalmente a creare ambienti inerti, a trasferire energia termica, a pressurizzare sistemi critici e a rilevare le fughe più infinitesimali.

Elio gassoso ed elio liquido: quali sono le differenze?

Sebbene siano chimicamente identici, la fase fisica (gassosa o liquida) ne determina l'applicazione tecnica. La transizione tra i due stati avviene a una temperatura estremamente bassa.

Tabella comparativa tra l'elio gassoso e l'elio liquido

L'utilizzo dell'elio gassoso in miscela

L'ingegneria dei gas permette di modulare le proprietà dell'elio associandolo ad altre molecole, come l'ossigeno, l'idrogeno e l'argon, tra le altre.

I laser a gas

Nelle sorgenti laser a CO₂, l'elio è un componente principale del gas risonatore (gamma LASAL™), garantendo il raffreddamento della miscela eccitata.

Immersioni subacquee profonde

Per i lavori offshore, l'aria compressa diventa tossica in profondità (narcosi da azoto). L'elio sostituisce l'azoto per formare l'Heliox o il Trimix. La sua bassa densità facilita la respirazione sotto forte pressione e l'assenza di effetto narcotico garantisce la lucidità dei sommozzatori durante operazioni tecniche complesse.

Miscela Idrogeno/Elio (40% idrogeno / 60% elio)

Il rivelatore FID (Flame Ionization Detector) utilizza la combustione dei composti organici tramite una fiamma di idrogeno. L'aggiunta di elio (miscela tipica 40% H₂ / 60% He) offre vantaggi tecnici fondamentali:

• Stabilità della fiamma: l'elio diluisce il gas, stabilizza la fiamma e riduce il rumore elettronico, migliorando il limite di rivelabilità.
• Resa di ionizzazione: la miscela ottimizza la temperatura della fiamma per massimizzare la produzione di ioni, aumentando la sensibilità alle basse concentrazioni.
• Compatibilità: facilita la transizione per i laboratori che utilizzano già l'elio come gas vettore, garantendo una migliore ripetibilità dei risultati.
• Sicurezza e logistica: una miscela premiscelata in bombola è più sicura (riduce il rischio di infiammabilità ed esplosività grazie alla minore concentrazione di H₂) e semplifica la gestione operativa, richiedendo un solo riduttore di pressione.

Quali sono i vantaggi dell’utilizzo dell’elio gassoso?

Per le industrie, l'investimento nell'elio si traduce in un ritorno economico misurabile:

• Velocità di esecuzione: risparmio di tempo in cromatografia (grazie a portate più elevate) e in saldatura (maggiore velocità di avanzamento).
• Qualità strutturale: migliore penetrazione delle saldature e protezione totale contro l'ossidazione.
• Affidabilità analitica: linea di base stabile in laboratorio grazie a una purezza controllata.
• Sicurezza termica: dissipazione efficace del calore per proteggere i componenti elettronici.

L'offerta di Air Liquide per l'elio gassoso

Strutturiamo la nostra offerta per rispondere alle specificità di ogni settore:

• Laboratorio e Analisi: la gamma ALPHAGAZ™ 1 e 2 garantisce tenori di impurità (H₂O, O₂, CnHm, CO₂, CO) inferiori a 1 ppm per le vostre strumentazioni sensibili.
• Saldatura TIG o MIG/MAG: le soluzioni ARCAL™ (Prime, Tech) integrano l'elio per migliorare significativamente la produttività.
• Saldatura laser: la gamma LASAL™ propone sia gas puri che miscele ottimizzate per le vostre specifiche applicazioni.
• Elettronica: gradi di elio ultra-puro per processi di inertizzazione e raffreddamento.

Le modalità di fornitura di elio gassoso

Air Liquide adatta la propria logistica ai vostri consumi per garantire la continuità del servizio:

• Bombole (B50, B20): flessibili e mobili per le esigenze di laboratorio o di officina.
• Pacchi bombole: pacchi da 16 bombole per una maggiore autonomia.
• Cisterne: per i grandi consumatori industriali, consegnano il gas ad alta pressione (200-300 bar) direttamente presso le vostre installazioni.

Precauzioni e sicurezza nell’uso dell’elio gassoso

L’elio è un gas asfissiante semplice che può sostituire l’ossigeno in spazi confinati. Essendo incolore e inodore, la sua presenza in alte concentrazioni non è rilevabile dai sensi umani, rendendo indispensabile il rigoroso rispetto delle norme di sicurezza.

Rischi legati all’elio gassoso

Sebbene sia chimicamente stabile, l'elio presenta rischi specifici che devono essere mitigati:

• Asfissia: essendo un gas incolore, inodore e insapore, la sua presenza non è rilevabile dai sensi. L'elio è un asfissiante semplice che può sostituire l'ossigeno in spazi confinati o mal ventilati, riducendo la concentrazione di ossigeno a livelli pericolosi.
• Alta pressione: l'elio viene stoccato in bombole, pacchi bombole o cisterne a pressioni molto elevate (solitamente tra 200 e 300 bar). Un rilascio improvviso di energia dovuto a danni alle valvole o alle apparecchiature può causare gravi incidenti.
• Rischi termici: sebbene ci si concentri sul gas, il contatto con l'elio a temperature criogeniche (o durante i processi di saldatura) può provocare ustioni da freddo o da calore estremo.

Buone pratiche di sicurezza

Air Liquide raccomanda il rigoroso rispetto delle diverse norme di sicurezza:

• Consultazione delle SDS: è fondamentale consultare la Scheda di Dati di Sicurezza (SDS) del prodotto prima di ogni utilizzo, per conoscerne nel dettaglio le proprietà e le procedure di emergenza.
• Ventilazione: assicurarsi sempre che i locali di utilizzo e stoccaggio abbiano una ventilazione adeguata, preferibilmente vicino al soffitto, dato che l'elio è più leggero dell'aria e tende a risalire.
• Apparecchiature di regolazione: utilizzare solo riduttori di pressione e flessibili specificamente progettati e certificati per l'elio. Non forzare mai i collegamenti delle valvole.
• Stoccaggio sicuro: le bombole e i pacchi bombole devono essere conservati in luoghi asciutti, ben ventilati, al riparo da fonti di calore e debitamente fissati per evitare cadute.

Air Liquide: l’esperto nell’elio

In un contesto globale in cui l’elio è una risorsa preziosa, l'affidabilità del fornitore è importante quanto la qualità del gas. Da oltre un secolo, Air Liquide controlla l'intera filiera dell'elio, dall'estrazione all'utilizzo finale. La nostra solida rete logistica e l'esperienza tecnica ci permettono di offrirvi non solo molecole, ma soluzioni complete per ottimizzare i consumi e garantire la sicurezza delle vostre forniture, grazie anche alla nostra "caverna" di stoccaggio dell'elio: un sito su larga scala situato a Gronau-Epe, nella Renania Settentrionale-Vestfalia (Germania).

Avete un progetto che richiede elio gassoso?

I nostri esperti sono a vostra disposizione per analizzare le vostre necessità e orientarvi verso la soluzione più performante per la vostra attività (in termini di purezza, modalità di fornitura o miscele personalizzate).

Domande frequenti sul gas elio

Che gas è l’elio?

L'elio è un gas nobile incolore, inodore e non infiammabile. È il secondo elemento più leggero dell'universo ed è caratterizzato da una totale inerzia chimica, il che significa che non reagisce con altre sostanze.

Da dove viene il gas elio?

È una risorsa naturale non rinnovabile estratta dai giacimenti di gas naturale nel sottosuolo. Si forma nel corso di milioni di anni per il decadimento radioattivo di minerali pesanti e viene poi recuperato e purificato tramite distillazione.

A che famiglia di gas appartiene l’elio?

Appartiene alla famiglia dei gas nobili (Gruppo 18 della tavola periodica). Questa categoria include gas estremamente stabili e inerti, come l'argon e il neon, di cui l'elio è l'elemento con il punto di ebollizione più basso.