Balon helium mengempis setelah beberapa hari, meskipun balon lateks biasa yang diisi dengan udara dapat mempertahankan bentuknya selama berminggu-minggu. Mengapa balon helium kehilangan gas dan daya angkatnya begitu cepat? Jawabannya berkaitan dengan sifat helium dan bahan balon.
Takeaways Utama: Balon Helium
- Balon helium mengapung karena helium kurang padat daripada udara.
- Balon helium mengempis karena atom helium cukup kecil untuk menyelinap di antara ruang dalam bahan balon.
- Balon helium adalah Mylar dan bukan karet karena ada lebih sedikit ruang antara molekul di Mylar, sehingga balon tetap mengembang lebih lama.
Helium Versus Udara dalam Balon
Helium adalah gas mulia, yang berarti setiap atom helium memiliki penuh kulit elektron valensi. Karena atom helium stabil dengan sendirinya, mereka tidak membentuk ikatan kimia dengan atom lain. Jadi, balon helium diisi dengan banyak atom helium kecil. Balon biasa diisi dengan udara, yaitu kebanyakan nitrogen dan oksigen. Atom nitrogen dan oksigen tunggal sudah jauh lebih besar dan lebih masif daripada atom helium, ditambah atom-atom ini terikat bersama untuk membentuk N
2 dan O2 molekul. Karena helium jauh lebih kecil daripada nitrogen dan oksigen di udara, balon helium mengapung. Namun, ukuran yang lebih kecil juga menjelaskan mengapa balon helium mengempis begitu cepat.Atom helium sangat kecil — begitu kecil, gerakan acak atom akhirnya memungkinkan mereka menemukan jalan mereka melalui bahan balon melalui proses yang disebut difusi. Beberapa helium bahkan menemukan jalannya melalui simpul yang mengikat balon.
Baik helium maupun balon udara tidak mengempis sepenuhnya. Pada titik tertentu, tekanan gas di bagian dalam dan luar balon menjadi sama dan balon mencapai kesetimbangan. Gas masih dipertukarkan melintasi dinding balon, tetapi tidak menyusut lebih jauh.
Mengapa Balon Helium Itu Foil atau Mylar
Udara perlahan-lahan berdifusi melalui balon lateks biasa, tetapi celah antara molekul lateks cukup kecil sehingga membutuhkan waktu lama untuk mengeluarkan cukup udara yang benar-benar penting. Jika Anda memasukkan helium ke dalam balon lateks, helium akan menyebar begitu cepat sehingga balon Anda akan mengempis dalam waktu singkat. Juga, ketika Anda mengembang balon lateks, Anda mengisi balon dengan gas dan memberi tekanan pada permukaan bagian dalam materialnya. Balon berjari-jari 5 inci memiliki gaya sekitar 1000 pon yang diberikan pada permukaannya! Anda dapat mengembang balon dengan meniupkan udara ke dalamnya karena gaya per satuan luas membran tidak terlalu besar. Tekanan itu masih cukup untuk memaksa helium menembus dinding balon, seperti halnya air menetes melalui handuk kertas.
Jadi, balon helium adalah foil tipis atau Mylar karena balon-balon ini mempertahankan bentuknya tanpa perlu banyak tekanan dan karena pori-pori antar molekulnya lebih kecil.
Hidrogen Versus Helium
Apa yang mengempis lebih cepat dari balon helium? A hidrogen balon. Meskipun atom hidrogen membentuk ikatan kimia satu sama lain menjadi H2 gas, setiap molekul hidrogen masih lebih kecil dari satu atom helium. Ini karena atom hidrogen normal kekurangan neutron, sedangkan setiap atom helium memiliki dua neutron.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Seberapa Cepat Balon Helium Mengempis
Anda sudah tahu bahan balon mempengaruhi seberapa baik ia menahan helium. Foil dan Mylar bekerja lebih baik daripada lateks atau kertas atau bahan berpori lainnya. Ada faktor lain yang mempengaruhi berapa lama balon helium tetap mengembang dan mengapung.
- Lapisan di bagian dalam balon mempengaruhi berapa lama itu berlangsung. Beberapa balon helium diperlakukan dengan gel yang membantu menahan gas di dalam balon lebih lama.
- Suhu mempengaruhi berapa lama balon bertahan. Pada suhu yang lebih tinggi, gerakan molekul meningkat, sehingga laju difusi (dan laju deflasi) meningkat. Meningkatkan suhu juga meningkatkan tekanan yang diberikan gas pada dinding balon. Jika balon lateks, ia dapat mengembang untuk mengakomodasi peningkatan tekanan, tetapi ini juga meningkatkan celah antara molekul lateks, sehingga gas dapat keluar lebih cepat. Balon foil tidak dapat mengembang, sehingga peningkatan tekanan dapat menyebabkan balon pecah. Jika balon tidak meletus, tekanan berarti atom helium berinteraksi lebih sering dengan bahan balon, bocor lebih cepat.