I palloncini ad elio si sgonfiano dopo pochi giorni, anche se i normali palloncini in lattice pieni d'aria possono mantenere la loro forma per settimane. Perché i palloni ad elio perdono il loro gas e la loro portanza così velocemente? La risposta ha a che fare con la natura dell'elio e del materiale del palloncino.
Punti chiave: palloncini ad elio
- I palloncini di elio galleggiano perché l'elio è meno denso dell'aria.
- I palloncini di elio si sgonfiano perché gli atomi di elio sono abbastanza piccoli da scivolare tra gli spazi nel materiale del palloncino.
- I palloncini di 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 palloncini
Elio è un gas nobile, il che significa che ogni atomo di elio ha un pieno guscio di elettroni di valenza. Poiché gli atomi di elio sono stabili da soli, non formano legami chimici con altri atomi. Quindi, i palloncini di elio sono pieni di tanti piccoli atomi di elio. I palloncini normali sono pieni d'aria, il che è
principalmente azoto e ossigeno. I singoli atomi di azoto e ossigeno sono già molto più grandi e massicci degli atomi di elio, inoltre 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 di elio galleggiano. Tuttavia, le dimensioni più piccole spiegano anche perché i palloncini di elio si sgonfiano così rapidamente.Gli atomi di elio sono molto piccoli, così piccoli che il movimento casuale degli atomi alla fine consente loro di trovare la loro strada attraverso il materiale del palloncino attraverso un processo chiamato diffusione. Un po' di elio si fa strada anche attraverso il nodo che lega il palloncino.
Né l'elio né i palloni ad aria 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 richiedere molto tempo affinché l'aria fuoriesca sia davvero importante. Se metti l'elio in un palloncino in lattice, si diffonde così rapidamente che il palloncino si sgonfia in un batter d'occhio. Inoltre, quando si gonfia un palloncino in lattice, si riempie il palloncino di gas e si esercita una pressione sulla superficie interna del suo materiale. Un pallone del raggio di 5 pollici ha circa 1000 libbre di forza esercitata sulla sua superficie! Puoi gonfiare un palloncino soffiandoci dentro dell'aria perché la forza per unità di area della membrana non è così grande. 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 fogli sottili o Mylar perché questi palloncini mantengono la loro forma senza bisogno 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 idrogeno Palloncino. 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 i normali atomi di idrogeno mancano di neutroni, mentre ogni atomo di elio ha due neutroni.
Fattori che influenzano la rapidità con cui un palloncino a elio si sgonfia
Sai già che il materiale del palloncino influisce sulla tenuta dell'elio. La lamina e il Mylar funzionano meglio del lattice, della carta o di altri materiali porosi. Ci sono altri fattori che influenzano il tempo in cui 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 più a lungo il gas all'interno del palloncino.
- Temperatura influenza la durata di un palloncino. A temperatura più alta, il movimento delle molecole aumenta, quindi la velocità di diffusione (e la velocità di deflazione) aumenta. 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 questo 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 scoppiare il palloncino. Se il palloncino non scoppia, la pressione significa che gli atomi di elio interagiscono più spesso con il materiale del palloncino, fuoriuscendo più velocemente.