Les ballons à l'hélium se dégonflent au bout de quelques jours, même si les ballons ordinaires en latex remplis d'air peuvent conserver leur forme pendant des semaines. Pourquoi les ballons à l'hélium perdent-ils leur gaz et leur portance si rapidement? La réponse a à voir avec la nature de l'hélium et du matériau du ballon.
Points clés à retenir: ballons à l'hélium
- Les ballons à hélium flottent parce que l'hélium est moins dense que l'air.
- Les ballons à hélium se dégonflent parce que les atomes d'hélium sont suffisamment petits pour se glisser entre les espaces du matériau du ballon.
- Les ballons à l'hélium sont en Mylar et non en caoutchouc car il y a moins d'espace entre les molécules du Mylar, de sorte que le ballon reste gonflé plus longtemps.
L'hélium contre l'air dans les ballons
Hélium est un gaz rare, ce qui signifie que chaque atome d'hélium a une pleine couche d'électrons de valence. Parce que les atomes d'hélium sont stables par eux-mêmes, ils ne forment pas de liaisons chimiques avec d'autres atomes. Ainsi, les ballons à hélium sont remplis de beaucoup de minuscules atomes d'hélium. Les ballons ordinaires sont remplis d'air, ce qui est
principalement de l'azote et de l'oxygène. Les atomes simples d'azote et d'oxygène sont déjà beaucoup plus gros et plus massifs que les atomes d'hélium, et ces atomes se lient ensemble pour former N2 et ô2 molécules. L'hélium étant beaucoup moins massif que l'azote et l'oxygène de l'air, les ballons à hélium flottent. Cependant, la taille plus petite explique également pourquoi les ballons à l'hélium se dégonflent si rapidement.Les atomes d'hélium sont très petits - si petits que le mouvement aléatoire des atomes leur permet finalement de se frayer un chemin à travers le matériau du ballon à travers un processus appelé diffusion. Un peu d'hélium trouve même son chemin à travers le nœud qui attache le ballon.
Ni l'hélium ni les ballons à air ne se dégonflent complètement. À un moment donné, la pression des gaz à l'intérieur et à l'extérieur du ballon devient la même et le ballon atteint l'équilibre. Les gaz sont toujours échangés à travers la paroi du ballon, mais il ne rétrécit pas davantage.
Pourquoi les ballons à l'hélium sont en aluminium ou en mylar
L'air se diffuse lentement à travers des ballons en latex ordinaires, mais les écarts entre les molécules de latex sont suffisamment petits pour qu'il faille beaucoup de temps pour que suffisamment d'air s'échappe pour vraiment compter. Si vous mettez de l'hélium dans un ballon en latex, il se diffuse si rapidement que votre ballon se dégonflerait en un rien de temps. De plus, lorsque vous gonflez un ballon en latex, vous remplissez le ballon de gaz et exercez une pression sur la surface intérieure de son matériau. Un ballon de 5 pouces de rayon a environ 1000 livres de force exercée sur sa surface! Vous pouvez gonfler un ballon en y insufflant de l'air car la force par unité de surface de la membrane n'est pas si élevée. Il reste suffisamment de pression pour forcer l'hélium à traverser la paroi du ballon, un peu comme l'eau s'égoutte à travers une serviette en papier.
Ainsi, les ballons à l'hélium sont en feuille mince ou Mylar parce que ces ballons conservent leur forme sans avoir besoin de beaucoup de pression et parce que les pores entre les molécules sont plus petits.
Hydrogène contre hélium
Qu'est-ce qui se dégonfle plus vite qu'un ballon à l'hélium? UNE hydrogène ballon. Même si les atomes d'hydrogène forment des liaisons chimiques entre eux pour devenir H2 gaz, chaque molécule d'hydrogène est encore plus petite qu'un seul atome d'hélium. C'est parce que les atomes d'hydrogène normaux manquent de neutrons, alors que chaque atome d'hélium a deux neutrons.
Facteurs qui affectent la rapidité avec laquelle un ballon d'hélium se dégonfle
Vous savez déjà que le matériau du ballon affecte la capacité de rétention de l'hélium. La feuille et le Mylar fonctionnent mieux que le latex ou le papier ou d'autres matériaux poreux. Il existe d'autres facteurs qui influencent la durée pendant laquelle un ballon à hélium reste gonflé et flotte.
- Les revêtements à l'intérieur du ballon affectent sa durée de vie. Certains ballons à l'hélium sont traités avec un gel qui aide à maintenir le gaz à l'intérieur du ballon plus longtemps.
- Température influence la durée de vie d'un ballon. À une température plus élevée, le mouvement des molécules augmente, donc le taux de diffusion (et le taux de déflation) augmente. Augmente la température augmente également la pression que le gaz exerce sur la paroi du ballon. Si le ballon est en latex, il peut se dilater pour s'adapter à la pression accrue, mais cela augmente également les espaces entre les molécules de latex, de sorte que le gaz peut s'échapper plus rapidement. Un ballon en aluminium ne peut pas se dilater, donc la pression accrue peut faire éclater le ballon. Si le ballon n'éclate pas, la pression signifie que les atomes d'hélium interagissent plus souvent avec le matériau du ballon, s'échappant plus rapidement.