Waarom lopen heliumballonnen leeg?

Heliumballonnen laten na een paar dagen leeglopen, hoewel gewone latexballonnen gevuld met lucht wekenlang hun vorm kunnen behouden. Waarom verliezen heliumballonnen hun gas en hun lift zo snel? Het antwoord heeft te maken met de aard van helium en het ballonmateriaal.

Belangrijkste afhaalrestaurants: Heliumballonnen

• Heliumballonnen zweven omdat helium minder dicht is dan lucht.
• Heliumballonnen laten leeglopen omdat heliumatomen klein genoeg zijn om tussen ruimtes in het ballonmateriaal te glijden.
• Heliumballonnen zijn Mylar en niet rubber omdat er minder ruimte is tussen de moleculen in Mylar, zodat de ballon langer opgeblazen blijft.

Helium versus lucht in ballonnen

Helium is een edelgas, wat betekent dat elk heliumatoom een ​​elektronenmantel met volledige valentie heeft. Omdat heliumatomen op zichzelf stabiel zijn, vormen ze geen chemische bindingen met andere atomen. Dus heliumballonnen zijn gevuld met veel kleine heliumatomen. Reguliere ballonnen worden gevuld met lucht, meestal stikstof en zuurstof. Enkele stikstof- en zuurstofatomen zijn al veel groter en massiever dan heliumatomen, plus deze atomen binden samen om N te vormen₂ en o₂ moleculen. Omdat helium veel minder massief is dan stikstof en zuurstof in de lucht, zweven heliumballonnen. Het kleinere formaat verklaart echter ook waarom heliumballonnen zo snel leeglopen.

De heliumatomen zijn erg klein - zo klein dat ze door de willekeurige beweging van de atomen uiteindelijk hun weg vinden door het materiaal van de ballon via een proces dat diffusie wordt genoemd. Sommige helium vindt zelfs zijn weg door de knoop die de ballon afbindt.

Helium noch luchtballonnen lopen volledig leeg. Op een gegeven moment wordt de druk van gassen aan zowel de binnenkant als de buitenkant van de ballon hetzelfde en bereikt de ballon evenwicht. Gassen worden nog steeds over de wand van de ballon uitgewisseld, maar deze krimpt niet verder.

Waarom Heliumballonnen folie of Mylar zijn

Lucht diffundeert langzaam door normale latexballonnen, maar de openingen tussen latexmoleculen zijn klein genoeg zodat het lang duurt voordat er voldoende lucht lekt om er echt toe te doen. Als je helium in een latexballon doet, diffundeert het zo snel dat je ballon binnen de kortste keren zou leeglopen. Wanneer u een latexballon opblaast, vult u de ballon met gas en oefent u druk uit op het binnenoppervlak van het materiaal. Een ballon met een straal van 5 inch heeft ongeveer 1000 pond aan kracht op het oppervlak! Je kunt een ballon opblazen door er lucht in te blazen, omdat de kracht per oppervlakte-eenheid van het membraan niet zoveel is. Het is nog steeds voldoende druk om helium door de wand van de ballon te dwingen, net zoals hoe water door een papieren handdoek druppelt.

Heliumballonnen zijn dus dunne folie of Mylar omdat deze ballonnen hun vorm behouden zonder dat er veel druk op nodig is en omdat de poriën tussen de moleculen kleiner zijn.

Waterstof versus Helium

Wat loopt sneller leeg dan een heliumballon? Een waterstofballon. Ook al vormen waterstofatomen chemische bindingen met elkaar om H te worden₂ gas, is elk waterstofmolecuul nog steeds kleiner dan een enkel heliumatoom. Dit komt omdat normale waterstofatomen neutronen missen, terwijl elk heliumatoom twee neutronen heeft.

Factoren die invloed hebben op hoe snel een Heliumballon leegloopt

Je weet al dat het ballonmateriaal van invloed is op hoe goed het helium vasthoudt. Folie en Mylar werken beter dan latex of papier of andere poreuze materialen. Er zijn andere factoren die beïnvloeden hoe lang een heliumballon opgeblazen blijft en blijft drijven.

• Coatings aan de binnenkant van de ballon beïnvloeden hoe lang het duurt. Sommige heliumballonnen worden behandeld met een gel die helpt het gas langer in de ballon te houden.
• De temperatuur beïnvloedt hoe lang een ballon duurt. Bij hogere temperatuur neemt de beweging van moleculen toe, dus neemt de diffusiesnelheid (en deflatiesnelheid) toe. Verhoogt de temperatuur verhoogt ook de druk die het gas op de wand van de ballon uitoefent. Als de ballon latex is, kan deze uitzetten om de verhoogde druk op te vangen, maar dit vergroot ook de openingen tussen latexmoleculen, zodat het gas sneller kan ontsnappen. Een folieballon kan niet uitzetten, dus door de verhoogde druk kan de ballon barsten. Als de ballon niet knalt, betekent de druk dat heliumatomen vaker interactie aangaan met het ballonmateriaal en sneller naar buiten lekken.