Des Experiments Lösung
18. Mai 2010
Diesem ausführlichen, detaillierten und informativen Kommentar komme ich nicht umhin, einen eigenen Beitrag zu widmen.
Danke Bubo Häglaux:
Im scheinbar so banalen Luftballon steckt eine Unmenge an Chemie und Physik. Die Haltbarkeit eines gasgefüllten (wobei Luft selbstverständlich ebenfalls als Gas zu betrachten ist) Ballons hängt von drei Faktoren ab: Ballonmaterial, Füllungsgrad und Füllgas.
Sollte es sich bei der Abbildung um die von Ihnen benutzten Ballons handeln, fällt zunächst auf, daß sie zwar prall, aber nicht übermäßig stark befüllt sind. Damit ist das Ballonmaterial auch noch einigermaßen dick und läßt den Gasteilchen wenig Möglichkeit durch die Gummimembran zu entweichen (Diffusion, wie man in der Technik sagt), vor allem, wenn Ballons besserer Qualität benutzt wurden. Bläst man Ballons zu stark auf (Birnenform), wird die Membran deutlich dünner und damit die Diffusionsmöglichketi für Gase erhöht. Außerdem besteht bei „bis zum Anschlag” vollgepumpten Ballons das Risiko spontanen Zerplatzens, weil das Material überlastet ist und es kurz vor Erreichen der Bruchspannung zu einer sog. Fließverfestigung kommt, welche die Elastizität veringert.
Die Diffusionsgeschwindigkeit von Gasen ist nach dem sog. Grahamschen Gesetz umgekehrt proportional zur Quadratwurzel ihrer Molekülmasse, d.h. Helium mit 4 Massenheinheiten entweicht etwa gut 2,5 mal so schnell wie Luft, deren Hauptbestandteil Stickstoff mit 28 Masseneninheiten ist. Helium- und erst recht Wasserstoffballons schrumpeln daher schneller als „handgepustete”. Ein zweiter Effekt kommt noch dazu: Pumpt man einen Ballon rasch mit einem kalten Gas auf, so hat das Material wenig Zeit, sich an die gedehnte Form zu gewöhnen; es kommt häufiger zum Platzen oder zum Schrumpeln, weil die Membran u.U. ungleichmäßig dick wird. Bläst man dagegen den Ballon klassisch mit Atemluft auf, so wird er langsam mit einem angewärmten und wasserdampfhaltigen Gas gedehnt, das Material kann der ihm aufgedrängten Formänderung besser nachkommen. Dies weiß ich aus eigener Erfahrung als Karnevals-Dekorateur. Kompressoren reißen sehr häufig feine Tröpfchen von Schmieröl mit, welches den Gummi angreift und brüchig macht, daher halten maschinengepumpte Ballons i.a. weniger lange als „mundgeblasene”.
Fazit: Sie haben vermutlich gute Ware benutzt, diese nicht übermäßig gedehnt und vermutlich auch keinen großen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Außerdem gibt es Gummimischungen, die bei geringem Füllgasverlust sich ebenfalls wieder langsam zusammenziehen, sodaß der Eindruck eines prallen Ballons erhalten belibt, auch wenn er in Wirklichkeit ein wenig kleiner geworden ist. Und zu allerletzt: Manche Ballons bestehen auch aus Material, das nach einiger Zeit im gedehnten Zustand versteift und daher nicht mehr schrumpft. Man merkt dies daran, daß ein solcher Ballon nur schwach knallt, wenn man hineinsticht.
Viel könnte man noch dazu sagen - aber vielleicht habe ich Ihnen mit dieser Grundinformation weitergeholfen. Viel Spaß beim Pusten!
Die Ballons hielten sich übrigens bis am 24. Januar 2010 - die ersten waren ganz verschrumpelt, die letzten musste ich zerstechen.