Baloni s helijem se po nekaj dneh izpraznijo, čeprav lahko navadni baloni iz lateksa, napolnjeni z zrakom, ohranijo svojo obliko več tednov. Zakaj baloni s helijem tako hitro izgubijo plin in dvig? Odgovor je povezan z naravo helija in materiala balona.
Ključni odvzemi: baloni s helijem
- Helijevi baloni plavajo, ker je helij manj gost od zraka.
- Helijevi baloni se izpraznijo, ker so atomi helija dovolj majhni, da zdrsnejo med prostori v materialu balona.
- Baloni s helijem so iz Mylarja in ne iz gume, ker je v Mylarju manj prostora med molekulami, zato balon ostane napihnjen dlje.
Helij proti zraku v balonih
helij je žlahtni plin, kar pomeni, da ima vsak atom helija poln valentna elektronska lupina. Ker so atomi helija stabilni sami po sebi, ne tvorijo kemičnih vezi z drugimi atomi. Torej so helijevi baloni napolnjeni z veliko drobnimi atomi helija. Običajni baloni so napolnjeni z zrakom, kar je večinoma dušik in kisik. Posamezni atomi dušika in kisika so že veliko večji in masivnejši od atomov helija, poleg tega se ti atomi vežejo skupaj in tvorijo N
2 in O2 molekule. Ker je helij veliko manj masiven od dušika in kisika v zraku, helijevi baloni plavajo. Vendar pa manjša velikost tudi pojasnjuje, zakaj se helijevi baloni tako hitro izpraznijo.Atomi helija so zelo drobni – tako majhni, da jim naključno gibanje atomov sčasoma omogoči, da najdejo pot skozi material balona skozi proces, imenovan difuzija. Nekaj helija celo najde pot skozi vozel, ki veže balon.
Niti helijevi niti zračni baloni se ne izpraznijo popolnoma. V nekem trenutku postane tlak plinov na notranji in zunanji strani balona enak in balon doseže ravnotežje. Plini se še vedno izmenjujejo po steni balona, vendar se ne skrči več.
Zakaj so baloni s helijem iz folije ali milarja
Zrak počasi difundira skozi običajne balone iz lateksa, vendar so vrzeli med molekulami lateksa dovolj majhne, da traja veliko časa, da dovolj zraka izteče, da je resnično pomembno. Če dodate helij v balon iz lateksa, se ta tako hitro razprši, da bi se vaš balon v kratkem času izpraznil. Ko napihnete balon iz lateksa, napolnite balon s plinom in pritisnete na notranjo površino njegovega materiala. Balon s polmerom 5 palcev ima na svoji površini približno 1000 funtov sile! Balon lahko napihnete tako, da vanj vpihnete zrak, ker sila na enoto površine membrane ni tako velika. Še vedno je dovolj pritiska, da helij potisne skozi steno balona, podobno kot voda kaplja skozi papirnato brisačo.
Torej, helijevi baloni so tanka folija oz Mylar ker ti baloni držijo svojo obliko brez potrebe po velikem pritisku in ker so pore med molekulami manjše.
Vodik proti heliju
Kaj se izprazni hitreje kot helijev balon? A vodik balon. Čeprav vodikovi atomi med seboj tvorijo kemične vezi, da postanejo H2 plina, je vsaka molekula vodika še vedno manjša od enega samega atoma helija. To je zato, ker normalni atomi vodika nimajo nevtronov, medtem ko ima vsak atom helija dva nevtrona.
Dejavniki, ki vplivajo na to, kako hitro se helijev balon izprazni
Že veste, da material balona vpliva na to, kako dobro drži helij. Folija in Mylar delujeta bolje kot lateks, papir ali drugi porozni materiali. Obstajajo tudi drugi dejavniki, ki vplivajo na to, kako dolgo ostane balon s helijem napihnjen in plava.
- Premazi na notranji strani balona vplivajo na njegovo obstojnost. Nekateri baloni s helijem so obdelani z gelom, ki pomaga zadržati plin v balonu dlje.
- Temperatura vpliva na to, kako dolgo traja balon. Pri višji temperaturi se gibanje molekul poveča, zato se poveča hitrost difuzije (in hitrost deflacije). Povečanje temperature poveča tudi pritisk, ki ga plin izvaja na steno balona. Če je balon iz lateksa, se lahko razširi, da se prilagodi povečanemu tlaku, vendar to poveča tudi vrzeli med molekulami lateksa, tako da lahko plin hitreje uide. Balon iz folije se ne more razširiti, zato lahko povečan pritisk povzroči, da balon poči. Če balon ne poči, tlak pomeni, da atomi helija pogosteje sodelujejo z materialom balona in hitreje iztekajo.