Pourquoi les ballons à l'hélium se dégonflent-ils?

Les ballons à l'hélium se dégonflent après quelques jours, même si les ballons en latex ordinaires 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: ballons à l'hélium

• Les ballons à l'hélium flottent car l'hélium est moins dense que l'air.
• Les ballons à l'hélium se dégonflent parce que les atomes d'hélium sont suffisamment petits pour glisser entre les espaces du matériau du ballon.
• Les ballons d'hélium sont en Mylar et non en caoutchouc car il y a moins d'espace entre les molécules dans le Mylar, donc le ballon reste gonflé plus longtemps.

Hélium et air dans les ballons

L'hélium est un gaz noble, ce qui signifie que chaque atome d'hélium a une coquille d'électrons à valence complète. 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 l'hélium sont remplis de nombreux petits atomes d'hélium. Les ballons ordinaires sont remplis d'air, qui est principalement de l'azote et de l'oxygène. Les atomes d'azote et d'oxygène sont déjà beaucoup plus grands et plus massifs que les atomes d'hélium, et ces atomes se lient ensemble pour former N₂ et O₂ molécules. L'hélium étant beaucoup moins massif que l'azote et l'oxygène de l'air, les ballons à l'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 minuscules - si minuscules que le mouvement aléatoire des atomes leur permette finalement de trouver leur chemin à travers le matériau du ballon grâce à un processus appelé diffusion. Un peu d'hélium trouve même son chemin à travers le nœud qui noue le ballon.

Ni l'hélium ni les ballons à air ne se dégonflent complètement. À un certain point, 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 plus.

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 que cela prenne beaucoup de temps pour qu'une fuite d'air soit vraiment importante. 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 soufflant de l'air parce que la force par unité de surface de la membrane n'est pas tant que ça. C'est encore assez de pression pour forcer l'hélium à travers la paroi du ballon, un peu comme la façon dont l'eau coule à travers une serviette en papier.

Ainsi, les ballons d'hélium sont une 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? Un ballon à hydrogène. 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. En effet, les atomes d'hydrogène normaux manquent de neutrons, tandis que chaque atome d'hélium a deux neutrons.

Facteurs affectant la vitesse de dégonflage d'un ballon d'hélium

Vous savez déjà que le matériau du ballon affecte sa capacité à contenir l'hélium. Le papier d'aluminium et le Mylar fonctionnent mieux que le latex, le papier ou d'autres matériaux poreux. Il y a d'autres facteurs qui influencent la durée pendant laquelle un ballon d'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 retenir le gaz à l'intérieur du ballon plus longtemps.
• La 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 l'augmentation de la pression, mais cela augmente également les écarts 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 l'augmentation de la pression peut provoquer l'éclatement du ballon. Si le ballon ne éclate pas, la pression signifie que les atomes d'hélium interagissent plus souvent avec le matériau du ballon, s'échappant plus rapidement.