Heliumballonger tømmes etter noen dager, selv om vanlige lateksballonger fylt med luft kan holde formen i flere uker. Hvorfor mister heliumballonger gassen og løftet så raskt? Svaret har å gjøre med heliums natur og ballongmaterialet.
Viktige takeaways: Heliumballonger
- Heliumballonger flyter fordi helium er mindre tett enn luft.
- Heliumballonger tømmes fordi heliumatomer er små nok til å gli mellom rom i ballongmaterialet.
- Heliumballonger er Mylar og ikke gummi fordi det er mindre plass mellom molekylene i Mylar, slik at ballongen holder seg oppblåst lenger.
Helium versus luft i ballonger
Helium er en edelgass, som betyr at hvert heliumatom har en full valenselektronskall. Fordi heliumatomer er stabile alene, danner de ikke kjemiske bindinger med andre atomer. Så, heliumballonger er fylt med mange små heliumatomer. Vanlige ballonger er fylt med luft, som er mest nitrogen og oksygen. Enkelte nitrogen- og oksygenatomer er allerede mye større og mer massive enn heliumatomer, pluss at disse atomene binder seg sammen for å danne N
2 og O2 molekyler. Siden helium er mye mindre massivt enn nitrogen og oksygen i luften, flyter heliumballonger. Men den mindre størrelsen forklarer også hvorfor heliumballonger tømmes så raskt.Heliumatomene er veldig små - så små at den tilfeldige bevegelsen til atomene til slutt lar dem finne veien gjennom ballongens materiale gjennom en prosess kalt diffusjon. Noe helium finner til og med veien gjennom knuten som fester ballongen.
Verken helium eller luftballonger tømmes helt. På et tidspunkt blir trykket av gasser på både innsiden og utsiden av ballongen det samme og ballongen når likevekt. Gasser utveksles fortsatt på tvers av ballongens vegg, men den krymper ikke lenger.
Hvorfor heliumballonger er folie eller mylar
Luft diffunderer sakte gjennom vanlige lateksballonger, men gapene mellom lateksmolekylene er små nok til at det tar lang tid før nok luft lekker ut til virkelig å ha betydning. Hvis du legger helium i en lateksballong, diffunderer den ut så raskt at ballongen din ville tømmes på et blunk. Når du blåser opp en lateksballong, fyller du ballongen med gass og legger press på innsiden av materialet. En ballong med en radius på 5 tommer har en kraft på omtrent 1000 pund på overflaten! Du kan blåse opp en ballong ved å blåse luft inn i den fordi kraften per arealenhet av membranen ikke er så stor. Det er fortsatt nok trykk til å tvinge helium gjennom ballongens vegg, omtrent som hvordan vann drypper gjennom et papirhåndkle.
Så, helium ballonger er tynn folie eller Mylar fordi disse ballongene holder formen uten behov for mye trykk og fordi porene mellom molekylene er mindre.
Hydrogen versus helium
Hva tømmes raskere enn en heliumballong? EN hydrogen ballong. Selv om hydrogenatomer danner kjemiske bindinger med hverandre for å bli H2 gass, er hvert hydrogenmolekyl fortsatt mindre enn et enkelt heliumatom. Dette er fordi normale hydrogenatomer mangler nøytroner, mens hvert heliumatom har to nøytroner.
Faktorer som påvirker hvor raskt en heliumballong tømmes
Du vet allerede at ballongmaterialet påvirker hvor godt det holder på helium. Folie og Mylar fungerer bedre enn lateks eller papir eller andre porøse materialer. Det er andre faktorer som påvirker hvor lenge en heliumballong forblir oppblåst og flyter.
- Belegg på innsiden av ballongen påvirker hvor lenge den varer. Noen heliumballonger er behandlet med en gel som hjelper til med å holde gassen inne i ballongen lenger.
- Temperatur påvirker hvor lenge en ballong varer. Ved høyere temperatur øker bevegelsen til molekyler, slik at diffusjonshastigheten (og deflasjonshastigheten) øker. Øker temperaturen øker også trykket gassen utøver på ballongens vegg. Hvis ballongen er lateks, kan den utvide seg for å imøtekomme det økte trykket, men dette øker også gapene mellom lateksmolekylene, slik at gassen kan unnslippe raskere. En folieballong kan ikke utvide seg, så det økte trykket kan få ballongen til å sprekke. Hvis ballongen ikke spretter, betyr trykket at heliumatomer samhandler oftere med ballongmaterialet, og lekker ut raskere.