版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

回憶起童年好像總是少不了氣球的身影。記憶裏的場景中，不論是公園裏或是街道邊，總會(hui) 有賣氣球的攤販頭頂著一團雲(yun) 般的卡通氣球，不緊不慢地吆喝著。

從(cong) 經典的米老鼠、葫蘆娃，到藍貓、淘氣，再到喜羊羊和小豬佩奇，賣氣球的人似乎永遠知道什麽(me) 是孩子們(men) 的心頭好。

圖片來源：作者拍攝

這些童年的“小夥(huo) 伴”們(men) ，大家給了它們(men) 一個(ge) 統一的名字——“氫氣球”。

不少細心的小夥(huo) 伴也許會(hui) 疑惑，為(wei) 什麽(me) 氫氣球能漂浮在空中，而我們(men) 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？今天就帶你一次性了解清楚氫氣球的前世今生。

Part.1

氫氣球的前世今生

小朋友的訴求往往很簡單，“能飄到頭頂“，就是他們(men) 對於(yu) 一個(ge) 合格氫氣球的最高要求。然而，曆史上的氫氣球可不僅(jin) 僅(jin) 隻是飄到頭頂而已，它們(men) 還具有載人載物的功能呢。

世界上第一個(ge) 氫氣球誕生於(yu) 1780年，由法國化學家布拉克把氫氣灌入豬膀胱得以製成。

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）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(men) 的第二個(ge) 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(feng) 富，有用於(yu) 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。

圖片來源：veer圖庫

然而，不管氫氣球作何用處，它的填充氣體(ti) 其實隻有氫氣和氦氣。沒錯，盡管它叫氫氣球，偶爾也還是可以用氦氣作為(wei) 填充氣體(ti) 的。

之所以選用這兩(liang) 種氣體(ti) ，還要從(cong) 氫氣球的漂浮原理以及氣體(ti) 的物理化學特性講起。

Part.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(ti) 或氣體(ti) 中的物體(ti) 會(hui) 受到向上的浮力，浮力的大小等於(yu) 物體(ti) 排開的液體(ti) 或氣體(ti) 所受的重力。

具體(ti) 來說就是，氣球填充較低密度氣體(ti) 後，體(ti) 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（原理圖如下）。

氫氣球漂浮原理圖（作者製作）

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

那什麽(me) 樣的氣體(ti) 可以使氣球飄起來呢？

我們(men) 先來看看常見氣體(ti) 的標準密度（單位：千克/立方米）

上表列出了部分常見的低於(yu) 空氣密度（1.29 kg/m3）的氣體(ti) ，其中氫氣、氦氣、氨氣及甲烷等明顯比空氣輕。

其實，理論上來講隻要將上述幾種氣體(ti) 充入氣球，氣球便可以輕鬆漂浮起來，不過有的氣體(ti) 由於(yu) 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(cong) 而產(chan) 生刺激和炎症。作為(wei) 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(ge) 討喜的行為(wei) 。

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，市麵上可以飄起來的“氫氣球”的填充氣往往就是氫氣和氦氣了。

圖片來源：veer

氫和氦是宇宙中含量最多的兩(liang) 種元素，但在地球大氣中含量卻極少。據統計，由於(yu) 大氣逃逸，在我們(men) 這個(ge) 地球上，每年約有9.5萬(wan) 噸氫氣和約1600噸氦氣逃逸到宇宙中。

但幸運的是，由於(yu) 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(wei) 惰性氣體(ti) 的氦氣，卻很難與(yu) 其他元素形成化合物，所以氦氣的獲取途徑有限。

整個(ge) 岩石圈每年估計會(hui) 產(chan) 生3000噸氦氣，這些氦氣往往會(hui) 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(ye) 製備氦氣的唯一來源，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(wei) 應用於(yu) 軍(jun) 工、科研、醫療、工業(ye) 等領域的稀有戰略性物資之一，氦氣的價(jia) 格也遠遠超過氫氣。

受限於(yu) 成本，即便氦氣安全性更高，市麵上“氫氣球”裏麵的充裝氣大部分還是名副其實的氫氣。

Part.3

氫氣有危險，玩耍需謹慎

在這些充裝了的氫氣的漂亮氣球背後，其實蘊藏著巨大的安全與(yu) 環境隱患。近幾年，因氫氣球爆炸致傷(shang) 致死的案例屢見報端。

有新聞報道顯示，2014年，某地一購物廣場開業(ye) 慶典活動中，一隻廣告氫氣球脫落後飄至數百公裏外的另一地區，被一名兒(er) 童發現後，將氣球撿回家中，數日後氣球發生爆炸，致房屋倒塌，造成兩(liang) 人死亡、三人受傷(shang) 的慘劇。

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，隻要氫氣含量達到這個(ge) 範圍，哪怕隻有一點明火，也會(hui) 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(jin) 僅(jin) 是橡膠摩擦產(chan) 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(hui) 混入少量空氣，這使本就危險的處境更加危險。

實際上，早在2006年7月，國家氣象局等多部門就聯合下發了《關(guan) 於(yu) 進一步加強施放氣球安全管理工作的通知》，提倡以惰性氣體(ti) 取代氫氣等易燃易爆氣體(ti) 作為(wei) 施放氣球的填充物，以減少安全隱患。

綜合看來，氦氣作為(wei) 惰性氣體(ti) ，具有極強的穩定性，不會(hui) 像氫氣一樣在身邊成為(wei) 一個(ge) 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(wei) 了大家的安全，在選購氫氣球時，一定要優(you) 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。

參考文獻:

[1]Austerfield, P. J. From hot air to hydrogen: filling and flying the early gas balloons. [J]Endeavour,1990,14(4):194–200.

[2] Zartman, R. E.; Wasserburg, G. J.; Reynolds, J. H. Helium Argon and Carbon in Natural Gases" (J).Journal of Geophysical Research.1961,66(1): 277–306.

[3]劉建湘.淺議氫氣球的安全施放[J]環境保護,2016,3.

出品：科普中國

作者：X-Y（中科院大連化學物理研究所）
監製：中科院計算機網絡信息中心
編輯：王婷婷

文章僅(jin) 代表作者觀點，不代表中國科普博覽立場

本文首發於(yu) 中國科普博覽（kepubolan)

轉載請注明公眾(zhong) 號出處

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！