Varför tappar heliumballonger bort?

Heliumballonger tappar av efter några dagar, även om vanliga latexballonger fyllda med luft kan hålla sin form i veckor. Varför förlorar heliumballonger gasen och lyft så snabbt? Svaret har att göra med heliumens natur och ballongmaterialet.

Key Takeaways: Helium Balloons

• Heliumballonger flyter eftersom helium är mindre tätt än luft.
• Heliumballonger tappar av eftersom heliumatomer är tillräckligt små för att glida mellan utrymmena i ballongmaterialet.
• Heliumballonger är Mylar och inte gummi eftersom det finns mindre utrymme mellan molekylerna i Mylar, så ballongen förblir uppblåst längre.

Helium kontra luft i ballonger

Helium är en ädelgas, vilket betyder att varje heliumatom har ett elektroniskt skal med full valens. Eftersom heliumatomer är stabila på egen hand, bildar de inte kemiska bindningar med andra atomer. Så, heliumballonger är fyllda med massor av små heliumatomer. Regelbundna ballonger är fyllda med luft, som mest är kväve och syre. Enstaka kväve- och syreatomer är redan mycket större och mer massiva än heliumatomer, plus dessa atomer binds samman och bildar N₂ och O₂ molekyler. Eftersom helium är mycket mindre massivt än kväve och syre i luften, flyter heliumballonger. Men den mindre storleken förklarar också varför heliumballonger tömmer sig så snabbt.

Heliumatomerna är mycket små - så små atomernas slumpmässiga rörelse låter dem så småningom hitta sin väg genom ballongmaterialet genom en process som kallas diffusion. En del helium hittar till och med sin knut som knyter ballongen.

Varken helium eller luftballonger tömmer sig fullständigt. Vid någon tidpunkt blir gastrycket både på insidan och utsidan av ballongen detsamma och ballongen når jämvikt. Gaser växlas fortfarande ut över väggen på ballongen, men den krymper inte längre.

Varför heliumballonger är folie eller Mylar

Luft diffunderar långsamt genom vanliga latexballonger, men mellanrummen mellan latexmolekyler är tillräckligt små för att det tar lång tid innan tillräckligt med luft läcker ut för att verkligen betyder något. Om du lägger helium i en latexballong, diffunderar den så snabbt att din ballong tömmer ut nästan snart. När du blåser upp en latexballong fyller du också ballongen med gas och sätter tryck på insidan av materialet. En 5-tums radieballong har ungefär 1000 pund kraft utövad på ytan! Du kan blåsa upp en ballong genom att blåsa luft in i den eftersom kraften per membranyta inte är så mycket. Det är fortfarande tillräckligt med tryck för att tvinga helium genom väggen i ballongen, precis som hur vatten droppar genom en pappershandduk.

Så, heliumballonger är tunn folie eller Mylar eftersom dessa ballonger håller sin form utan behov av mycket tryck och eftersom porerna mellan molekylerna är mindre.

Väte kontra Helium

Vad tömmer snabbare än en heliumballong? En väteballong. Även om väteatomer bildar kemiska bindningar med varandra för att bli H₂ gas, varje vätemolekyl är fortfarande mindre än en enda heliumatom. Detta beror på att vanliga väteatomer saknar neutroner, medan varje heliumatom har två neutroner.

Faktorer som påverkar hur snabbt en heliumballong tappas av

Du vet redan att ballongmaterialet påverkar hur bra 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 insidan av ballongen påverkar hur länge den varar. Vissa heliumballonger behandlas med en gel som hjälper till att hålla gasen längre inne i ballongen.
• Temperaturen påverkar hur länge en ballong varar. Vid högre temperatur ökar rörelsen hos molekyler, så diffusionshastigheten (och deflationshastigheten) ökar. Ökar temperaturen ökar också trycket som gasen utövar på ballongens vägg. Om ballongen är latex kan den expandera för att rymma det ökade trycket, men detta ökar också mellanrummen mellan latexmolekyler, så att gasen kan slippa snabbare. En folieballong kan inte expandera, så det ökade trycket kan få ballongen att spricka. Om ballongen inte hoppar, betyder trycket att heliumatomer interagerar oftare med ballongmaterialet och läcker ut snabbare.