Repaso - Globo en el lanzamiento

Los globos meteorológicos y el problema del helio

Dos veces al día, en el mismo momento en todo el mundo, unas 900 estaciones meteorológicas sueltan un globo. Cada uno lleva una pequeña caja de instrumentos, una radiosonda, que transmite por radio la temperatura, la presión y la humedad del aire a medida que asciende. Estos datos alimentan todos los pronósticos meteorológicos que lees.

Un globo meteorológico está hecho de caucho fino. En el suelo se llena con unos 2,500 L de gas y forma una esfera de aproximadamente 1.7 m de diámetro. A medida que asciende, el aire que lo rodea se enrarece y la presión exterior disminuye, así que el gas del interior se expande y el globo se hincha. A gran altura también hace mucho frío, lo que contrae un poco el gas, pero la caída de presión tiene un efecto mucho mayor. A unos 30 km sobre el suelo, el globo ha crecido hasta alcanzar un diámetro de seis o siete metros, el caucho se rompe y la radiosonda vuelve a caer a la Tierra bajo un pequeño paracaídas.

El mismo helio, en el suelo y a gran altura: hay menos colisiones en el exterior, así que el globo se hincha

El gas del interior debe ser más ligero que el aire. El hidrógeno es el gas más ligero de todos y es barato: algunas estaciones lo producen in situ separando el agua con electricidad, 2H₂O → 2H₂ + O₂. Pero el hidrógeno arde, y una fuga cerca de una chispa puede provocar un incendio. Por eso, la mayoría de las estaciones usan helio, un gas noble que no reacciona en absoluto.

El helio tiene un problema propio. El helio de la Tierra se formó lentamente, a lo largo de millones de años, mediante la desintegración α del uranio y el torio en las rocas, y se obtiene de pozos de gas natural. Una vez que se libera al aire, asciende y es tan ligero que escapa lentamente al espacio. Los hospitales lo necesitan para enfriar los imanes de los escáneres de MRI y, en años de escasez, su precio ha subido mucho. Los servicios meteorológicos de varios países ya han vuelto a usar hidrógeno en algunos de sus lanzamientos, con lanzadores automáticos que mantienen a las personas alejadas del gas.

Calcula la masa de helio, $m$, en un globo lleno con 2,500 L de helio en condiciones ambientales (He, 4 g/mol). Supón que 1 mol de gas ocupa 25 L en condiciones ambientales.