“氫氣球”裏,到底是充氫氣,還是充氦氣?

作者:outyali  于 2023-10-31 16:51 发表于 最热闹的华人社交网络--贝壳村

通用分类:热点杂谈

回憶起童年,氣球總是不可或缺的存在。無論是在公園裏還是在街道邊,跑步褲總會有賣氣球的攤販頂著一團雲般的卡通氣球,不緊不慢地吆喝著。

這些童年的“小夥伴”們,我們給它們起了一個統一的名字——“氫氣球”。

或許有些細心的小夥伴會疑惑,為什么氫氣球能漂浮在空中,而我們自己用嘴吹成的和用打氣筒打出的氣球卻不能漂浮呢?

想知道答案嗎?今天我就帶你一次性了解清楚氫氣球乳膠氣球的前世今生。

1. 氫氣球的前世今生

小朋友的要求往往很簡單,“能飄到頭頂”,就是他們對於一個合格氫氣球的最高要求。然而,吹氣球曆史上的氫氣球可不僅僅只是飄到頭頂而已,它們還具有載人載物的功能呢。

世界上第一個氫氣球誕生於1780年,由法國化學家布拉克將氫氣灌入豬膀胱制成。而世界上首飛的不載任何乘客和貨物的氫氣球由雅克·查爾斯教授(Jacques Charles)於1783年8月設計實施。1783年12月1日,雅克·查爾斯和尼古拉斯-路易斯·羅伯特駕駛著他們的第二個氫氣球進行了載人飛行。隨著時間的推移,氫氣球的種類和作用不斷豐富,有用於飄浮廣告條幅的商用氫氣球,有探測高空的氣象用氫氣球以及節日和玩具用小型乳膠氫氣球等。

然而,不管氫氣球作何用處,它的填充氣體其實只有氫氣和氦氣。沒錯,盡管它叫氫氣球,偶爾也還是可以用氦氣作為填充氣體的。之所以選用這兩種氣體,還要從氫氣球的漂浮原理以及氣體的物理化學特性講起。

2. 氫氣球的漂浮原理

根據阿基米德定律(Archimedes law,又稱浮力定律),浸在液體或氣體中的物體會受到向上的浮力,浮力的大小等於物體排開的液體或氣體所受的重力。具體來說就是,氣球填充較低密度氣體後,體積膨脹排開空氣,而排開的空氣重量就是氣球所受到的浮力。

由於低密度空氣比同體積的空氣輕,即使加上氣球外皮的重量,氣球整體受到的重力也較輕。於是乎,浮力大於重力,氣球就飄起來了,然後越飛越高。

那什么樣的氣體可以使氣球飄起來呢?

常見的低於空氣密度(1.29 kg/m3)的氣體中,氫氣、氦氣、氨氣及甲烷等明顯比空氣輕。其實,理論上來講只要將上述幾種氣體充入氣球,氣球便可以輕松漂浮起來,不過有的氣體由於自身的特性所以並不太適合作填充氣。其中,氨氣具有強烈刺激性臭味,且容易被吸附在皮膚黏膜和眼結膜上,從而產生刺激和炎症。作為廁所下水道的臭味源頭,氨氣被填充到氣球裏,實在不是一個討喜的行為。甲烷則是家用天然氣的主要成分,和氫氣一樣易燃易爆,但遠比氫氣重。所以,市面上可以飄起來的“氫氣球”的填充氣往往就是氫氣和氦氣了。

氫和氦是宇宙中含量最多的兩種元素,但在地球大氣中含量卻極少。據統計,由於大氣逃逸,在我們這個地球上,每年約有9.5萬噸氫氣和約1600噸氦氣逃逸到宇宙中。

但幸運的是,由於地球富含水及各種含氫化合物,所以氫氣實際上並不難獲取。不過作為惰性氣體的氦氣,卻很難與其他元素形成化合物,所以氦氣的獲取途徑有限。

整個岩石圈每年估計會產生3000噸氦氣,這些氦氣往往會被天然氣捕獲並富集,而人類可以通過開采天然氣將氦氣分離提純出來。氦氣是一種不可再生資源,天然氦氣是目前工業制備氦氣的唯一來源,這使得目前全世界的氦氣資源已經發生了全球性的短缺。作為應用於軍工、科研、醫療、工業等領域的稀有戰略性物資之一,氦氣的價格也遠遠超過氫氣。受限於成本,即便氦氣安全性更高,市面上“氫氣球”裏面的充裝氣大部分還是名副其實的氫氣。

3. 氫氣有危險,玩耍需謹慎

氫氣易燃易爆,它在空氣中的爆炸極限是4%~75%之間。這意味著,在空氣裏,只要氫氣含量達到這個范圍,哪怕只有一點明火,也會發生爆炸。更令人擔憂的是實際的生活場景中,氫氣球的氫氣極易泄漏,而且無需明火,僅僅是橡膠摩擦產生靜電引發的電火花,也足以引燃或引爆氫氣球。而且很多氫氣球裏填充的氫氣不夠純,再加上灌裝過程中可能會混入少量空氣,這使本就危險的處境更加危險。

綜合看來,氦氣作為惰性氣體,具有極強的穩定性,不會像氫氣一樣在身邊成為一個定時炸彈。並且它的密度也很低,足以給氫氣球提供足夠的升力。

所以為了大家的安全,在選購氫氣球時,一定要優先選擇用氦氣填充的氫氣球,同時也要將危險性告訴周邊的小朋友,盡量遠離氫氣球。


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