Warum entleeren sich Heliumballons?

Heliumballons entleeren sich nach einigen Tagen, obwohl gewöhnliche, mit Luft gefüllte Latexballons ihre Form wochenlang 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 Mitnehmer: Heliumballons

• Heliumballons schweben, weil Helium weniger dicht ist als Luft.
• Heliumballons entleeren sich, weil Heliumatome klein genug sind, um zwischen den Zwischenräumen im Ballonmaterial zu rutschen.
• Heliumballons sind aus Mylar und nicht aus Gummi, da zwischen den Molekülen in Mylar weniger Platz ist, sodass der Ballon länger aufgeblasen bleibt.

Helium gegen Luft in Luftballons

Helium ist ein Edelgas, was bedeutet, dass jedes Heliumatom eine vollständige Valenzelektronenhülle hat. Da Heliumatome für sich allein stabil sind, bilden sie keine chemischen Bindungen mit anderen Atomen. Heliumballons sind also mit vielen kleinen Heliumatomen gefüllt. Normale Ballons sind mit Luft gefüllt, die hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. Einzelne Stickstoff- und Sauerstoffatome sind bereits viel größer und massereicher als Heliumatome, und diese Atome verbinden sich zu N₂ und O₂ Moleküle. Da Helium in der Luft viel weniger massiv ist als Stickstoff und Sauerstoff, schweben Heliumballons. Die geringere Größe erklärt jedoch auch, warum Heliumballons so schnell entleert werden.

Die Heliumatome sind sehr winzig - so winzig, dass sie durch die zufällige Bewegung der Atome ihren Weg durch das Material des Ballons finden. Dieser Vorgang wird Diffusion genannt. Etwas Helium findet sogar seinen Weg durch den Knoten, der den Ballon abschließt.

Weder Helium noch Luftballons entleeren sich vollständig. Irgendwann wird der Druck der Gase innerhalb und außerhalb des Ballons gleich und der Ballon erreicht das Gleichgewicht. Über die Wand des Ballons werden immer noch Gase ausgetauscht, die jedoch nicht weiter schrumpfen.

Warum Heliumballons Folie oder Mylar sind

Luft diffundiert langsam durch reguläre Latexballons, aber die Lücken zwischen den Latexmolekülen sind klein genug, dass es lange dauert, bis genügend Luft austritt, um wirklich wichtig zu werden. Wenn Sie Helium in einen Latexballon geben, diffundiert es so schnell aus, dass sich Ihr Ballon in kürzester Zeit entleert. Wenn Sie einen Latexballon aufpumpen, füllen Sie den Ballon mit Gas und üben Druck auf die Innenseite des Materials aus. Ein Ballon mit einem Radius von 5 Zoll hat ungefähr 1000 Pfund Kraft auf seiner Oberfläche! 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 Folien oder Mylar, weil diese Ballons ihre Form ohne großen Druck beibehalten und weil die Poren zwischen den Molekülen kleiner sind.

Wasserstoff gegen Helium

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

Faktoren, die sich darauf auswirken, wie schnell ein Heliumballon entleert

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

• Beschichtungen auf der Innenseite des Ballons beeinflussen dessen Lebensdauer. Einige Heliumballons sind mit einem Gel behandelt, das hilft, das Gas länger im Ballon zu halten.
• Die 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 sich die Temperatur, erhöht sich auch der 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. Dies vergrößert jedoch auch die Lücken zwischen den Latexmolekülen, sodass das Gas schneller entweichen kann. Ein Folienballon kann sich nicht ausdehnen, sodass der Ballon durch den erhöhten Druck platzen kann. Wenn der Ballon nicht platzt, interagieren die Heliumatome durch den Druck häufiger mit dem Ballonmaterial und treten schneller aus.