Почему воздушные шары гелия сдуваются?

Гелиевые шарики сдуваются через несколько дней, хотя обычные латексные шарики, наполненные воздухом, могут сохранять свою форму неделями. Почему гелиевые шарики так быстро теряют газ и поднимаются? Ответ связан с природой гелия и материала баллона.

Ключевые выводы: гелиевые шары

гелий это благородный газ, что означает, что каждый атом гелия имеет полный валентная электронная оболочка. Поскольку атомы гелия сами по себе стабильны, они не образуют химических связей с другими атомами. Итак, гелиевые шарики заполнены множеством крошечных атомов гелия. Обычные воздушные шары заполнены воздухом, который в основном азот и кислород. Отдельные атомы азота и кислорода уже намного больше и массивнее атомов гелия, плюс эти атомы связываются вместе, образуя N

Атомы гелия очень крошечные - настолько крошечные, что случайное движение атомов в конечном итоге позволяет им найти свой путь через материал воздушного шара через процесс называется диффузией. Некоторый гелий даже проходит через узел, который связывает шар.

Ни гелий, ни воздушные шары не сдуваются полностью. В какой-то момент давление газов как внутри, так и снаружи баллона становится одинаковым, и баллон достигает равновесия. Газы по-прежнему обмениваются через стенку воздушного шара, но он больше не сжимается.

Воздух медленно диффундирует через обычные воздушные шарики из латекса, но промежутки между молекулами латекса настолько малы, что требуется достаточно времени для того, чтобы достаточно воздуха просочилось, чтобы действительно иметь значение. Если вы поместите гелий в латексный баллон, он рассеется так быстро, что ваш баллон сдувается в мгновение ока. Кроме того, когда вы накачиваете латексный баллон, вы заполняете баллон газом и оказываете давление на внутреннюю поверхность его материала. Баллон с радиусом 5 дюймов имеет на поверхности около 1000 фунтов силы! Вы можете надувать воздушный шар, вдувая в него воздух, потому что сила на единицу площади мембраны не так уж велика. Все еще достаточно давления, чтобы протолкнуть гелий сквозь стенку воздушного шара, очень похоже на то, как вода капает через бумажное полотенце.

Итак, гелиевые шарики представляют собой тонкую фольгу или майлар потому что эти воздушные шарики сохраняют свою форму без необходимости большого давления и потому что поры между молекулами меньше.

Что спускается быстрее, чем гелиевый шарик? водород баллон. Хотя атомы водорода образуют химические связи друг с другом, чтобы стать H₂ газ, каждая молекула водорода по-прежнему меньше, чем один атом гелия. Это потому, что нормальные атомы водорода не имеют нейтронов, в то время как каждый атом гелия имеет два нейтрона.

Вы уже знаете, что материал баллона влияет на то, насколько хорошо он удерживает гелий. Фольга и майлар работают лучше, чем латекс или бумага или другие пористые материалы. Существуют и другие факторы, которые влияют на то, как долго гелиевый шарик остается надутым и плавает.

• Покрытия внутри баллона влияют на его продолжительность. Некоторые гелиевые шарики обрабатывают гелем, который помогает дольше удерживать газ внутри баллона.
• температура влияет на то, как долго длится воздушный шар. При более высокой температуре движение молекул увеличивается, поэтому скорость диффузии (и скорость дефляции) увеличивается. Повышение температуры также увеличивает давление, оказываемое газом на стенку баллона. Если баллон латексный, он может расширяться, чтобы выдержать повышенное давление, но это также увеличивает зазоры между молекулами латекса, так что газ может выходить быстрее. Шар из фольги не может расширяться, поэтому повышенное давление может привести к его взрыву. Если баллон не лопнет, давление означает, что атомы гелия чаще взаимодействуют с материалом баллона и быстрее просачиваются.