Perché i palloncini ad elio si sgonfiano?

I palloncini ad elio si sgonfiano dopo alcuni giorni, anche se i normali palloncini in lattice pieni d'aria possono mantenere la loro forma per settimane. Perché i palloncini ad elio perdono gas e sollevamento così rapidamente? La risposta ha a che fare con la natura dell'elio e il materiale del palloncino.

Key Takeaways: palloncini ad elio

• I palloncini ad elio galleggiano perché l'elio è meno denso dell'aria.
• I palloncini ad elio si sgonfiano perché gli atomi di elio sono abbastanza piccoli da scivolare tra gli spazi nel materiale del palloncino.
• I palloncini ad elio sono in Mylar e non in gomma perché c'è meno spazio tra le molecole in Mylar, quindi il palloncino rimane gonfiato più a lungo.

Elio contro aria in mongolfiera

L'elio è un gas nobile, il che significa che ogni atomo di elio ha un guscio elettronico a valenza completa. Poiché gli atomi di elio sono stabili da soli, non formano legami chimici con altri atomi. Quindi, i palloncini ad elio sono riempiti con molti piccoli atomi di elio. I palloncini regolari sono pieni di aria, che è principalmente azoto e ossigeno. Gli atomi di azoto singolo e ossigeno sono già molto più grandi e più massicci degli atomi di elio, più questi atomi si legano insieme per formare N₂ e O₂ molecole. Poiché l'elio è molto meno massiccio dell'azoto e dell'ossigeno nell'aria, i palloncini ad elio galleggiano. Tuttavia, le dimensioni più piccole spiegano anche perché i palloncini ad elio si sgonfiano così rapidamente.

Gli atomi di elio sono molto piccoli - così piccoli che il movimento casuale degli atomi alla fine li fa trovare attraverso il materiale del palloncino attraverso un processo chiamato diffusione. Un po 'di elio si fa persino strada attraverso il nodo che lega il palloncino.

Né elio né mongolfiere si sgonfiano completamente. Ad un certo punto, la pressione dei gas sia all'interno che all'esterno del pallone diventa la stessa e il pallone raggiunge l'equilibrio. I gas vengono ancora scambiati attraverso la parete del pallone, ma non si restringe ulteriormente.

Perché i palloncini ad elio sono in alluminio o in mylar

L'aria si diffonde lentamente attraverso i normali palloncini in lattice, ma gli spazi tra le molecole di lattice sono abbastanza piccoli da impiegare molto tempo a fuoriuscire abbastanza aria per importare davvero. Se metti elio in un palloncino in lattice, si diffonde così rapidamente che il palloncino si sgonfia in pochissimo tempo. Inoltre, quando si gonfia un pallone in lattice, si riempie il pallone di gas e si esercita una pressione sulla superficie interna del suo materiale. Un pallone a raggio da 5 pollici ha circa 1000 libbre di forza esercitata sulla sua superficie! Puoi gonfiare un palloncino soffiando aria perché la forza per unità di area della membrana non è molto. C'è ancora abbastanza pressione per forzare l'elio attraverso la parete del palloncino, proprio come l'acqua gocciola attraverso un tovagliolo di carta.

Quindi, i palloncini ad elio sono un foglio sottile o Mylar perché questi palloncini mantengono la loro forma senza la necessità di molta pressione e perché i pori tra le molecole sono più piccoli.

Idrogeno contro elio

Cosa si sgonfia più velocemente di un pallone ad elio? Un pallone ad idrogeno. Anche se gli atomi di idrogeno formano legami chimici tra loro per diventare H₂ gas, ogni molecola di idrogeno è ancora più piccola di un singolo atomo di elio. Questo perché gli atomi di idrogeno normali mancano di neutroni, mentre ogni atomo di elio ha due neutroni.

Fattori che influenzano quanto rapidamente si sgonfia un pallone ad elio

Sai già che il materiale del palloncino influisce sulla capacità di trattenere l'elio. Lamina e Mylar funzionano meglio di lattice o carta o altri materiali porosi. Ci sono altri fattori che influenzano per quanto tempo un pallone ad elio rimane gonfiato e galleggia.

• I rivestimenti all'interno del palloncino influiscono sulla durata. Alcuni palloncini ad elio sono trattati con un gel che aiuta a trattenere il gas all'interno del palloncino più a lungo.
• La temperatura influenza la durata di un pallone. A temperature più elevate, aumenta il movimento delle molecole, quindi aumenta la velocità di diffusione (e la velocità di deflazione). Aumenta la temperatura aumenta anche la pressione che il gas esercita sulla parete del pallone. Se il palloncino è in lattice, può espandersi per adattarsi all'aumento della pressione, ma ciò aumenta anche gli spazi tra le molecole di lattice, in modo che il gas possa fuoriuscire più rapidamente. Un palloncino di alluminio non può espandersi, quindi l'aumento della pressione può far esplodere il palloncino. Se il palloncino non scoppia, la pressione indica che gli atomi di elio interagiscono più spesso con il materiale del palloncino, perdendo più velocemente.