Почему шарики, наполненные гелием, быстро сдуваются?

Вы купили шарик, наполненный гелием. Целый день он радует вам глаз, но когда вы просыпаетесь утром, то обнаруживаете шарик сморщенным, сдувшимся. Дырок в нём точно нет, вы проверили...

Почему же шарик сдулся? Ведь шарики, наполненные воздухом, остаются надутыми намного дольше!

Дело в том, что гелий – это очень легкий газ (легче него только водород, но он взрывоопасен, поэтому не годится для использования в быту). Молекула гелия - это очень маленькая частица, она состоит из одногокрошечного атома. Она легко может проходить между большими молекулами других веществ. Поэтому частицы гелия вполне способны проникать сквозь фольгу или латекс, из которых делают воздушные шарики. Кстати, летучесть шариков, наполненных гелием, тоже связана с легкостью этого газа: будучи легче воздуха, он неудержимо поднимается ввысь.

Латекс, из которого делают шарики, состоит из спутанной массы длинных полимерных нитей, немного похожих на вареное спагетти. Эти нити не могут плотно прилегать друг к другу. Поэтому между ними остаются пространства. Через них-то и может проходить гелий. И он обязательно воспользуется такой возможностью, потому что в природе частицы веществ стремятся перемещаться из области, где их содержание (концентрация) больше, в область, где их концентрация меньше. Этот процесс называется диффузия. В шарике гелия много, снаружи от шарика его почти нет - стартовые условия для диффузии!

Вот почему диффузия гелия через стенки шарика происходит даже при низком давлении, то есть в обычных условиях. Если же шарик надуть, то его стенки становятся тоньше, а кроме того, давление внутри шарика увеличивается. В результате молекулам гелия ещё легче выходить через стенки шарика. Вот почему шарик начинает быстро сдуваться.

Почему же шарики, которые мы надуваем воздухом, не сдуваются так быстро? Потому что воздух состоит, в основном, из молекул азота и кислорода. Они гораздо крупнее, чем атомы гелия. Сравните: молекула азота больше молекулы гелия по массе в 7 раз, а молекула кислорода - в 8 раз! Такие молекулы не могут легко «протиснуться» между молекулами полимеров. Потому и шарик, наполненный воздухом, остается надутым дольше.

Процесс диффузии молекул газов через стенки шарика можно сравнить с ситом, через который просеивают песок. В этом примере ситом является стенка шарика. Мелкие частицы песка (гелий) просеиваются через него без труда, а крупные частицы (азот и кислород) остаются в сите.

Но обратите внимание: шарик сдувается не полностью. Это происходит потому, что вместо выходящего гелия внутрь шарика поступает воздух. Причина - та же диффузия. Молекул воздуха на наружной поверхности шарика больше, чем на внутренней, вот они и "стремятся" уравновесить ситуацию и проникнуть внутрь шарика.