ヘリウムがある程度抜けた風船の中身の気体は何に？

質問

ヘリウムガスをアルミ蒸着風船にいっぱいいっぱいではなくある程度まで注入し、3週間放置する。
そうすると当然ある程度ヘリウムが抜けて浮力は低下するが内容量の割に浮力が落ちすぎているようです。
現在1500Lのヘリウムが入った風船で実験しています。最初は1.4kgの浮力があったのですが、日々バネばかりで浮力を計っているのですが日に日に浮力が下がっています。
ヘリウム1Lで1gの浮力があるとすると、体積分の浮力を確保出来なくなって来ているように感じています。
３週間たった現在は体積は少し減ったものの浮力が150g程度しかありません。
この風船の中身の気体は何になるのでしょうか？

回答No.4

ORUKA1951 · ベストアンサー

＞現在1500Lのヘリウムが入った風船で実験しています。最初は1.4kgの浮力があった
ということは、Heの分子量が4、大気の平均分子量を29とすると、1,675gの浮力がある計算になります。1,400gということは、風船の質量が175gですね。
　Heが抜けて、半分になったとすると 浮力は840gですから、風船の質量を引くと正味660gとなります。
　体積が半分になると、計測値は、1400g-660=740g減少するはずです。660/1400≒3/7ですね。

　これ以上に浮力が減っているということは、He以外の気体の混入、空気との交換、あるいは風船本体の質量の違いなどが考えられます。

　ヘリウムは極めて拡散速度が大きいのと、二酸化炭素もとても大きいので、このふたつの気体が交換している可能性があります。二酸化炭素はナイロンを容易に透過します。浸透圧の原理で二酸化炭素のない内部に入っていきます。これは二酸化炭素雰囲気に風船を入れておくと自然と膨らむことで観察できます。
　二酸化炭素は分子量が44と大きいため、その影響は無視できないでしょう。

お礼

二酸化炭素の存在だったのですね。
確かにアルミ蒸着フィルムが経年で少々劣化してきていましたので、ガスバリア性も落ちていたとおもいます。
　お教えいただいたことからすると短時間でヘリウムが抜け、浸透圧の原理で二酸化炭素のない風船内部への影響つまり"二酸化炭素のフィルム透過による置換である"ことで腑に落ちました。
わかり易いお答えを頂き誠にありがとうございました。

回答No.3

oo14

漏れ箇所を確認しようとすると、ヘリュームリークデテクターで高性能なものが出回っていますので、
その程度の漏れなら十分検出可能でしょう。
やはり、購入したガス屋さん経由で、風船の下の方の気体をガスクロマトグラフィで分析したほうがスッキリするでしょう。

回答No.2

oo14

ヘリュームは分子が小さいので、抜けやすいです。
内容積の割に浮力が落ちているとすると、
内外とも大気圧なので一部が空気と置換したと考えるのが正解では。
とにかく、風船の状況がわかりかねます。
風船の成分が溶けだしてまざってきている部分もあるでしょうし、
サンプルを取ってガスクロにかけるのがてっとりばやいでしょう。
なお、風船の各ガスの透過率は別途なんらかの検証がいるでしょうね。

補足

分子が小さく抜けてしまいますので、アルミを蒸着したフィルム（28ミクロンのナイロン）を使用した円筒形の形をしたものです。シール部分はフィルム２重にしてあります。
そのシール部の余りしろに紐を通して風や太陽のあたらない室内にて係留しております。
少しずつ体積は小さくなってきておりますが空気と置換するのですか？
ガスバリア性が高いフィルムとの事でガスが抜けるだけだと思っておりました。

回答No.1

bin-chan

最初に充填したのは純度100%のヘリウム？

大気圧と釣り合うときの風船の容積に見合うヘリウムでは？

補足

純度は100％ではないと思いますが、ガス屋さんで購入した7立米のボンベの純度の高いものを使用しています。