De ce se defalează baloanele cu heliu?

Baloanele cu heliu se dezumflă după câteva zile, chiar dacă baloanele obișnuite din latex umplute cu aer își pot menține forma săptămâni întregi. De ce baloanele cu heliu își pierd gazul și ascensorul atât de repede? Răspunsul are legătură cu natura heliului și materialul balonului.

Cheile de luat cu cheie: baloane cu heliu

• Baloanele cu heliu plutesc deoarece heliul este mai puțin dens decât aerul.
• Baloanele de heliu se dezumflă deoarece atomii de heliu sunt suficient de mici pentru a aluneca între spațiile din materialul balonului.
• Baloanele cu heliu sunt Mylar și nu cauciuc deoarece există mai puțin spațiu între molecule în Mylar, astfel încât balonul rămâne umflat mai mult.

Helium versus aer în baloane

Heliul este un gaz nobil, ceea ce înseamnă că fiecare atom de heliu are o cochilie electronică de valență completă. Deoarece atomii de heliu sunt stabili singuri, nu formează legături chimice cu alți atomi. Deci, baloanele de heliu sunt umplute cu o mulțime de atomi de heliu minusculi. Baloanele obișnuite sunt umplute cu aer, care este mai ales azot și oxigen. Atomii singuri de azot și oxigen sunt deja mult mai mari și mai masivi decât atomii de heliu, plus că acești atomi se leagă împreună pentru a forma N₂ și O₂ molecule. Întrucât heliul este mult mai puțin masiv decât azotul și oxigenul din aer, baloanele de heliu plutesc. Cu toate acestea, dimensiunea mai mică explică și de ce baloanele de heliu se dezumflă atât de repede.

Atomii de heliu sunt foarte mici - deci mișcarea aleatorie a atomilor îi lasă în cele din urmă să își găsească drumul prin materialul balonului printr-un proces numit difuzie. Unele heliu își găsesc drumul prin nodul care se leagă de balon.

Nici heliul, nici baloanele de aer nu se dezumflă complet. La un moment dat, presiunea gazelor atât din interiorul cât și din exteriorul balonului devine aceeași, iar balonul ajunge la echilibru. Gazele sunt încă schimbate pe peretele balonului, dar nu se mai micșorează.

De ce baloanele cu heliu sunt folie sau Mylar

Aerul se difuzează încet prin baloane de latex obișnuite, dar lacunele dintre moleculele de latex sunt suficient de mici încât este nevoie de mult timp pentru ca suficient aer să se scurgă pentru a conta cu adevărat. Dacă introduceți heliu într-un balon din latex, acesta difuzează atât de repede balonul dvs. s-ar dezumfla în cel mai scurt timp. De asemenea, atunci când umflați un balon din latex, umpleți balonul cu gaz și puneți presiune pe suprafața interioară a materialului său. Un balon cu raza de 5 inci are aproximativ 1000 de kilograme de forță exercitate pe suprafața sa! Puteți umfla un balon prin suflarea aerului în el, deoarece forța unitară a membranei nu este chiar atât de mare. Este încă suficientă presiune pentru a forța heliul prin peretele balonului, la fel cum apa scurge printr-un prosop de hârtie.

Deci, baloanele cu heliu sunt folie subțire sau Mylar, deoarece aceste baloane își mențin forma fără a fi nevoie de multă presiune și pentru că porii între molecule sunt mai mici.

Hidrogen versus heliu

Ce se dezumflă mai repede decât un balon cu heliu? Un balon cu hidrogen. Chiar dacă atomii de hidrogen formează legături chimice între ei pentru a deveni H₂ gaz, fiecare moleculă de hidrogen este încă mai mică decât un singur atom de heliu. Acest lucru se datorează faptului că atomii normali de hidrogen lipsesc neutroni, în timp ce fiecare atom de heliu are doi neutroni.

Factorii care afectează cât de repede se declanșează un balon de heliu

Știți deja că materialul balonului afectează cât de bine ține heliul. Folia și Mylar funcționează mai bine decât latexul sau hârtia sau alte materiale poroase. Există și alți factori care influențează cât timp un balon de heliu rămâne umflat și plutește.

• Acoperirile din interiorul balonului afectează cât durează. Unele baloane cu heliu sunt tratate cu un gel care ajută la menținerea gazului în interiorul balonului mai mult timp.
• Temperatura influențează cât durează un balon. La temperatura mai mare, mișcarea moleculelor crește, astfel încât rata de difuzie (și rata de deflație) crește. Crește temperatura crește, de asemenea, presiunea pe care o exercită gazul pe peretele balonului. Dacă balonul este latex, acesta se poate extinde pentru a acoperi presiunea crescută, dar aceasta crește și golurile dintre moleculele de latex, astfel încât gazul poate scăpa mai repede. Un balon cu folie nu se poate extinde, astfel încât presiunea crescută poate determina explozia balonului. Dacă balonul nu apare, presiunea înseamnă că atomii de heliu interacționează mai des cu materialul balonului, scurgând mai repede.