Héliové balónky se po několika dnech vyfouknou, i když obyčejné latexové balónky naplněné vzduchem mohou držet svůj tvar i týdny. Proč heliové balónky tak rychle ztrácejí plyn a vztlak? Odpověď souvisí s povahou helia a materiálu balónu.
Klíčové věci: heliové balónky
- Héliové balónky se vznášejí, protože hélium je méně husté než vzduch.
- Héliové balónky se vyfukují, protože atomy helia jsou dostatečně malé, aby proklouzly mezi prostory v materiálu balónků.
- Héliové balónky jsou Mylar a ne gumové, protože v Mylaru je méně prostoru mezi molekulami, takže balónek zůstane déle nafouknutý.
Helium versus vzduch v balónech
Hélium je vzácný plyn, což znamená, že každý atom helia má plnou valenční elektronový obal. Protože atomy helia jsou samy o sobě stabilní, netvoří chemické vazby s jinými atomy. Takže heliové balónky jsou naplněny spoustou malých atomů helia. Běžné balónky jsou naplněny vzduchem, který je většinou dusík a kyslík. Jednotlivé atomy dusíku a kyslíku jsou již mnohem větší a hmotnější než atomy helia, navíc se tyto atomy spojí a vytvoří N
2 a O2 molekul. Vzhledem k tomu, že helium je mnohem méně hmotné než dusík a kyslík ve vzduchu, heliové balónky se vznášejí. Menší velikost však také vysvětluje, proč se heliové balónky tak rychle vyfukují.Atomy helia jsou velmi malé – tak malé, že náhodný pohyb atomů jim nakonec umožňuje najít cestu materiálem balónu skrz proces zvaný difúze. Některé hélium si dokonce najde cestu skrz uzel, který balon váže.
Ani helium, ani vzduchové balónky se úplně nevyfouknou. V určitém okamžiku se tlak plynů na vnitřní i vnější straně balónku stane stejný a balónek dosáhne rovnováhy. Plyny se stále vyměňují přes stěnu balónu, ale dále se nesmršťuje.
Proč jsou heliové balónky fólie nebo mylar
Vzduch pomalu difunduje přes běžné latexové balónky, ale mezery mezi latexovými molekulami jsou dostatečně malé, takže trvá dlouho, než unikne dostatek vzduchu, aby skutečně záleželo. Pokud dáte helium do latexového balónku, difunduje ven tak rychle, že by se balónek okamžitě vyfoukl. Také, když nafouknete latexový balónek, naplníte balónek plynem a vyvíjíte tlak na vnitřní povrch jeho materiálu. Balón o průměru 5 palců má na svůj povrch sílu zhruba 1000 liber! Balónek můžete nafouknout vháněním vzduchu, protože síla na jednotku plochy membrány není tak velká. Stále je to dostatečný tlak, aby protlačilo helium stěnou balónku, podobně jako když voda kape přes papírový ručník.
Takže heliové balónky jsou tenké fólie nebo Mylar protože tyto balónky drží svůj tvar bez potřeby velkého tlaku a protože póry mezi molekulami jsou menší.
Vodík versus helium
Co se vyfoukne rychleji než heliový balónek? A vodík balón. I když atomy vodíku tvoří chemické vazby mezi sebou, aby se staly H2 plyn, každá molekula vodíku je stále menší než jeden atom helia. Je to proto, že normální atomy vodíku postrádají neutrony, zatímco každý atom helia má dva neutrony.
Faktory, které ovlivňují, jak rychle se heliový balónek vyfoukne
Už víte, že materiál balónku ovlivňuje, jak dobře drží helium. Fólie a mylar fungují lépe než latex nebo papír nebo jiné porézní materiály. Existují další faktory, které ovlivňují, jak dlouho zůstane heliový balónek nafouknutý a plave.
- Povlaky na vnitřní straně balónku ovlivňují jeho životnost. Některé heliové balónky jsou ošetřeny gelem, který pomáhá udržet plyn uvnitř balónku déle.
- Teplota ovlivňuje, jak dlouho balónek vydrží. Při vyšší teplotě se pohyb molekul zvyšuje, takže se zvyšuje rychlost difúze (a rychlost deflace). Zvyšování teploty také zvyšuje tlak, kterým plyn působí na stěnu balónku. Pokud je balónek latexový, může se roztáhnout, aby se přizpůsobil zvýšenému tlaku, ale také se zvětší mezery mezi molekulami latexu, takže plyn může unikat rychleji. Fóliový balónek se nemůže roztáhnout, takže zvýšený tlak může způsobit prasknutí balónku. Pokud balónek nepraskne, tlak znamená, že atomy helia interagují častěji s materiálem balónku a rychleji unikají.