Warum entleeren sich Heliumballons?

Heliumballons entleeren sich nach ein paar Tagen, obwohl normale mit Luft gefüllte Latexballons wochenlang ihre Form behalten können. Warum verlieren Heliumballons so schnell ihr Gas und ihren Auftrieb? Die Antwort hat mit der Natur von Helium und dem Ballonmaterial zu tun.

Wichtige Erkenntnisse: Heliumballons

Helium ist ein Edelgas, was bedeutet, dass jedes Heliumatom eine volle Valenzelektronenschale. Da Heliumatome für sich alleine stabil sind, gehen sie keine chemischen Bindungen mit anderen Atomen ein. Heliumballons sind also mit vielen winzigen Heliumatomen gefüllt. Normale Ballons sind mit Luft gefüllt, das ist meist Stickstoff und Sauerstoff

Die Heliumatome sind sehr winzig – so winzig, dass die zufällige Bewegung der Atome sie schließlich durch das Material des Ballons durch a. finden lässt Prozess namens Diffusion. Etwas Helium findet sogar seinen Weg durch den Knoten, der den Ballon festhält.

Weder Helium noch Luftballons entleeren sich vollständig. Irgendwann wird der Druck der Gase sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Ballons gleich und der Ballon erreicht ein Gleichgewicht. Über die Wand des Ballons werden immer noch Gase ausgetauscht, aber er schrumpft nicht weiter.

Luft diffundiert langsam durch normale Latexballons, aber die Lücken zwischen den Latexmolekülen sind so klein, dass es lange dauert, bis genug Luft entweicht, um wirklich wichtig zu sein. Wenn Sie Helium in einen Latexballon geben, diffundiert es so schnell heraus, dass Ihr Ballon im Handumdrehen entleert ist. Auch wenn Sie einen Latexballon aufblasen, füllen Sie den Ballon mit Gas und üben Druck auf die Innenfläche seines Materials aus. Ein Ballon mit einem Radius von 5 Zoll hat ungefähr 1000 Pfund Kraft, die auf seine Oberfläche ausgeübt wird! Sie können einen Ballon aufblasen, indem Sie Luft hineinblasen, da die Kraft pro Flächeneinheit der Membran nicht so groß ist. Es ist immer noch genug Druck, um Helium durch die Wand des Ballons zu drücken, ähnlich wie Wasser durch ein Papiertuch tropft.

Heliumballons sind also dünne Folie oder Mylar weil diese Ballons ohne großen Druck ihre Form halten und weil die Poren zwischen den Molekülen kleiner sind.

Was entleert sich schneller als ein Heliumballon? EIN Wasserstoff Ballon. Obwohl Wasserstoffatome chemische Bindungen miteinander eingehen, um zu H₂ Gas ist jedes Wasserstoffmolekül immer noch kleiner als ein einzelnes Heliumatom. Dies liegt daran, dass normalen Wasserstoffatomen Neutronen fehlen, während jedes Heliumatom zwei Neutronen hat.

Sie wissen bereits, dass das Ballonmaterial beeinflusst, wie gut es Helium hält. Folie und Mylar funktionieren besser als Latex oder Papier oder andere poröse Materialien. Es gibt noch andere Faktoren, die beeinflussen, wie lange ein Heliumballon aufgeblasen bleibt und schwebt.

• Beschichtungen auf der Innenseite des Ballons beeinflussen seine Lebensdauer. Einige Heliumballons werden mit einem Gel behandelt, das hilft, das Gas länger im Ballon zu halten.
• Temperatur beeinflusst, wie lange ein Ballon hält. Bei höheren Temperaturen nimmt die Bewegung der Moleküle zu, so dass die Diffusionsrate (und die Deflationsrate) zunimmt. Erhöht die Temperatur erhöht auch den Druck, den das Gas auf die Wand des Ballons ausübt. Wenn der Ballon aus Latex besteht, kann er sich ausdehnen, um den erhöhten Druck aufzunehmen, aber dies vergrößert auch die Lücken zwischen den Latexmolekülen, sodass das Gas schneller entweichen kann. Ein Folienballon kann sich nicht ausdehnen, daher kann der erhöhte Druck zum Platzen des Ballons führen. Wenn der Ballon nicht platzt, bedeutet der Druck, dass Heliumatome häufiger mit dem Ballonmaterial interagieren und schneller austreten.