Varför töms heliumballonger?

Heliumballonger töms efter några dagar, även om vanliga latexballonger fyllda med luft kan hålla formen i veckor. Varför tappar heliumballonger sin gas och sitt lyft så snabbt? Svaret har att göra med heliumets natur och ballongmaterialet.

Nyckelalternativ: Heliumballonger

Helium är en ädelgas, vilket betyder att varje heliumatom har en full valenselektronskal. Eftersom heliumatomer är stabila på egen hand, bildar de inte kemiska bindningar med andra atomer. Så, heliumballonger är fyllda med massor av små heliumatomer. Vanliga ballonger är fyllda med luft, dvs mestadels kväve och syre. Enstaka kväve- och syreatomer är redan mycket större och mer massiva än heliumatomer, plus att dessa atomer binder samman för att bilda N

Heliumatomerna är väldigt små - så små atomernas slumpmässiga rörelse låter dem så småningom hitta vägen genom ballongens material genom en process som kallas diffusion. En del helium letar sig till och med genom knuten som binder av ballongen.

Varken helium eller luftballonger töms helt. Vid någon tidpunkt blir trycket av gaser på både insidan och utsidan av ballongen detsamma och ballongen når jämvikt. Gaser utbyts fortfarande över ballongens vägg, men den krymper inte längre.

Luft diffunderar långsamt genom vanliga latexballonger, men mellanrummen mellan latexmolekylerna är tillräckligt små för att det tar lång tid för tillräckligt med luft att läcka ut för att verkligen spela roll. Om du lägger helium i en latexballong diffunderar det ut så snabbt att din ballong skulle tömmas på nästan nolltid. När du blåser upp en latexballong fyller du ballongen med gas och sätter tryck på insidan av dess material. En ballong med 5-tums radie har ungefär 1000 pund kraft utövad på sin yta! Du kan blåsa upp en ballong genom att blåsa in luft i den eftersom kraften per ytenhet av membranet inte är så mycket. Det är fortfarande tillräckligt med tryck för att tvinga helium genom ballongens vägg, ungefär som hur vatten droppar genom en pappershandduk.

Så, heliumballonger är tunn folie eller Mylar eftersom dessa ballonger håller sin form utan att det krävs mycket tryck och för att porerna mellan molekylerna är mindre.

Vad töms snabbare än en heliumballong? A väte ballong. Även om väteatomer bildar kemiska bindningar med varandra för att bli H₂ gas är varje vätemolekyl fortfarande mindre än en heliumatom. Detta beror på att normala väteatomer saknar neutroner, medan varje heliumatom har två neutroner.

Du vet redan att ballongmaterialet påverkar hur väl det håller helium. Folie och Mylar fungerar bättre än latex eller papper eller andra porösa material. Det finns andra faktorer som påverkar hur länge en heliumballong förblir uppblåst och flyter.

• Beläggningar på ballongens insida påverkar hur länge den håller. Vissa heliumballonger är behandlade med en gel som hjälper till att hålla gasen inuti ballongen längre.
• Temperatur påverkar hur länge en ballong håller. Vid högre temperatur ökar molekylernas rörelse, så diffusionshastigheten (och tömningshastigheten) ökar. Ökar temperaturen ökar också trycket som gasen utövar på ballongens vägg. Om ballongen är latex kan den expandera för att klara det ökade trycket, men detta ökar också gapen mellan latexmolekylerna, så att gasen kan fly snabbare. En folieballong kan inte expandera, så det ökade trycket kan få ballongen att spricka. Om ballongen inte poppar betyder trycket att heliumatomer interagerar oftare med ballongmaterialet och läcker ut snabbare.