ヘリウム風船がしぼむのはなぜですか?
アンドレス/ゲッティイメージズ
ヘリウム風船は数日でしぼみますが、空気で満たされた通常のラテックス風船は何週間も形を保つことができます.ヘリウム気球のガスと揚力がすぐに失われるのはなぜですか?その答えは、ヘリウムとバルーンの素材の性質に関係しています。
重要ポイント: ヘリウム風船
- ヘリウムは空気よりも密度が低いため、ヘリウム風船が浮きます。
- ヘリウム原子は小さいため、バルーンの材料内の空間の間をすり抜けることができます。
- ヘリウム風船はマイラーであり、ゴムではありません。これは、マイラーの分子間の空間が少ないため、風船がより長く膨らんだままになるためです.
気球内のヘリウム対空気
ヘリウム です 希ガス 、つまり、各ヘリウム原子には完全な 価電子殻 .ヘリウム原子はそれ自体で安定しているため、他の原子と化学結合を形成しません。そのため、ヘリウム風船には小さなヘリウム原子がたくさん詰まっています。通常の風船は空気で満たされています。 主に窒素と酸素 .単一の窒素原子と酸素原子は、すでにヘリウム原子よりもはるかに大きく質量が大きく、さらにこれらの原子が結合して N を形成しています。2とO2分子。ヘリウムは空気中の窒素や酸素よりもはるかに質量が小さいため、ヘリウム風船は浮きます。ただし、サイズが小さいことも、ヘリウム風船がすぐに収縮する理由を説明しています。
ヘリウム原子は非常に小さいため、原子のランダムな動きにより、最終的には気球の材料を通り抜けることができます。 拡散と呼ばれるプロセス .一部のヘリウムは、風船を結ぶ結び目からも通り抜けます。
ヘリウム風船も気球も完全には収縮しません。ある時点で、バルーンの内側と外側の両方の気体の圧力が同じになり、バルーンは平衡に達します。ガスは風船の壁を越えて交換されますが、それ以上収縮しません。
ヘリウム風船がホイルまたはマイラーである理由
空気は通常のラテックス風船を介してゆっくりと拡散しますが、ラテックス分子間の隙間は十分に小さいため、十分な空気が漏れて実際に問題になるまでには長い時間がかかります.ヘリウムをラテックス風船に入れると、ヘリウムが拡散するので、すぐに風船がしぼんでしまいます。また、ラテックス風船を膨らませるときは、風船をガスで満たし、その材料の内側表面に圧力をかけます.半径 5 インチの風船の表面には、約 1000 ポンドの力がかかります。膜の単位面積あたりの力はそれほど大きくないため、空気を吹き込んで風船を膨らませることができます。ペーパー タオルから水が滴るのと同じように、ヘリウムが風船の壁を通り抜けるのに十分な圧力がかかります。
したがって、ヘリウム風船は薄いホイルまたは マイラー これらのバルーンは大きな圧力をかけなくても形状を保持し、分子間の細孔が小さいためです。
水素対ヘリウム
ヘリウム風船より速くしぼむのは?あ 水素 バルーン。水素原子同士が化学結合してHになるのに2ガスの場合、各水素分子は 1 つのヘリウム原子よりもまだ小さいです。これは、通常の水素原子には中性子がないのに対し、各ヘリウム原子には 2 つの中性子があるためです。
ヘリウム気球の収縮速度に影響する要因
バルーンの素材がヘリウムの保持力に影響することは既にご存じでしょう。ホイルとマイラーは、ラテックスや紙、その他の多孔質素材よりも優れています。ヘリウム気球が膨らんで浮いている時間に影響を与える要因は他にもあります。
- バルーンの内側のコーティングは、バルーンの持続時間に影響します。一部のヘリウム風船は、風船内のガスをより長く保持するのに役立つゲルで処理されています.
- 温度 バルーンの持続時間に影響します。温度が高くなると、分子の運動が増加するため、拡散速度 (および収縮速度) が増加します。温度を上げると、ガスがバルーンの壁に及ぼす圧力も増加します。バルーンがラテックスの場合、膨張して圧力の増加に対応できますが、これによりラテックス分子間のギャップも増加するため、ガスはより迅速に逃げることができます.ホイルバルーンは膨張できないため、圧力が高まるとバルーンが破裂する可能性があります。風船が破裂しない場合は、圧力によってヘリウム原子が風船の材料と頻繁に相互作用し、漏れが速くなることを意味します。