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花十塊錢買個漂漂亮亮的氫氣球,孩子樂得合不攏嘴,舉著滿街跑,可才過了一天,那原本鼓鼓囊囊的氣球就像被抽了魂兒似的,蔫頭耷腦掛在繩子上,癟得像個曬干的茄子?
左看右瞧,沒發現破洞,也沒聽見漏氣的嘶嘶聲,心里直嘀咕:這玩意兒咋自己就塌了呢?這事兒真不是商家偷工減料,也不是你運氣差碰上殘次品,而是科學在跟你玩一場看不見的“捉迷藏”。
這氫氣到底是咋從好端端的氣球里溜走的?你以為它密封得好好的,其實在微觀世界里,那層橡膠膜壓根攔不住這些小家伙。
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很多人第一反應是:“是不是氫氣漏了?”沒錯,確實是氣體跑了,但關鍵在于它不是從裂縫或者針眼跑的,而是直接穿墻而過!聽起來玄吧?可這就是真實發生的事。
我們平時用的氣球大多是乳膠或者塑料材質做的,看著光滑結實,放大幾萬倍一看,全是密密麻麻的小孔隙。氫氣分子可是宇宙里最小最輕的家伙,直徑還不到0.3納米,比氧氣、氮氣都小一圈。
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這種小身板兒,鉆進乳膠高分子之間的空隙就跟人穿過樹林一樣輕松。更厲害的是,氣體分子一直在高速亂撞,只要有機會,它們就會順著濃度高的地方往濃度低的地方“散步”,這個過程叫擴散。
外面空氣中幾乎不含氫氣,里面卻滿滿當當,于是氫氣就一波接一波往外跑,時間一長,氣球自然就軟了。
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你還可能聽說過一種說法:“氫氣會氧化爆炸,所以不能玩。”這話半對半不對。純氫氣確實易燃,遇上明火或電火花可能起火甚至爆燃,這也是為什么現在很多商場和地鐵口都不讓賣氫氣球了。
國家早在2006年發布的《關于加強氫氣球安全管理的通知》中就明確指出,公共場所禁止使用氫氣填充兒童玩具氣球,推薦用氦氣替代。不過咱今天說的重點不是安全問題,而是物理現象本身。
即便你不考慮安全,哪怕把氫氣球放在一個完全密閉、無火源的屋子里,它照樣會癟。原因還是那個:氣體擴散,跟燃燒沒關系。
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這就好比你在屋里噴了點香水,過一會兒隔壁房間也能聞到味兒,不是門沒關嚴,而是香味分子自己飄過去的。氫氣也一樣,它不需要破洞,就能悄無聲息地穿過橡膠膜逃之夭夭。
再說說材料的問題。你以為換個厚點的氣球皮就能撐久一點?想法挺好,但現實骨感。乳膠雖然是天然橡膠做的,彈性足、手感好,但它對氣體的阻隔性實在一般。
尤其是面對氫氣這種“穿墻高手”,再厚的乳膠也擋不住持續不斷的分子滲透。有人做過實驗,常溫下一只標準乳膠氫氣球,大概8到12小時就開始明顯收縮,24小時內基本完全失去浮力。
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這不是質量問題,而是材料本身的局限。相比之下,專業級的鋁膜氣球(也就是那種亮閃閃的“金屬氣球”)因為內層加了聚酯薄膜,氣體滲透率低得多,能飄好幾天甚至一周以上。
但這類氣球成本高,市面上大多數便宜氣球還是乳膠的天下,所以你買的氫氣球飛不久,真怪不得誰。
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那為啥不用別的氣體呢?比如空氣?你吹口氣也能把氣球吹起來,但它不上天啊。能讓氣球飛起來的關鍵是密度比空氣小。空氣平均分子量約29克/摩爾,氫氣才2克/摩爾,輕輕一飄就上去了。
后來人們改用氦氣,雖然貴不少,但化學性質穩定、不可燃,安全性高很多,而且密度也夠小(約4克/摩爾),照樣能飛。
問題是,氦氣分子雖然比氫氣大,但也屬于小分子氣體,照樣能慢慢滲出去,只是速度慢一些。也就是說,不管用氫還是氦,只要是乳膠氣球,早晚都得癟。
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唯一區別是,氫氣跑得更快,可能半天就塌了;氦氣也許能撐兩天。這不是商家騙你,而是自然界的基本規律在起作用。
還有人問:“那我放進密封盒子行不行?”也不太行。短期內或許能減緩外界空氣流動帶來的影響,但阻止不了氣體從球體內部向外擴散的過程。只要內外存在濃度差,擴散就不會停。
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除非你能給氣球套上一層完全致密、毫無縫隙的外殼,像金屬罐頭那樣密封,否則總會有分子找到出路。
現代科技里有一種叫“阻隔涂層”的技術,就是在氣球內壁涂一層特殊材料,減少氣體滲透,但這多用于慶典或廣告氣球,日常玩具基本不用,畢竟成本擺在那兒。
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圖片來自網絡侵聯
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