Revisão - Balão no lançamento

Balões meteorológicos e o problema do hélio

Duas vezes por dia, no mesmo momento em todo o mundo, cerca de 900 estações meteorológicas soltam um balão. Cada um carrega uma pequena caixa de instrumentos, uma radiossonda, que transmite por rádio a temperatura, a pressão e a umidade do ar à medida que sobe. Esses números alimentam todas as previsões do tempo que você lê.

Um balão meteorológico é feito de borracha fina. No solo, ele é preenchido com cerca de 2,500 L de gás, formando uma esfera com aproximadamente 1.7 m de diâmetro. À medida que sobe, o ar ao redor fica menos denso e a pressão externa cai, então o gás dentro dele se expande e o balão incha. Em grandes altitudes também faz muito frio, o que contrai um pouco o gás, mas a queda na pressão é, de longe, mais forte. A cerca de 30 km acima do solo, o balão já cresceu até atingir seis ou sete metros de diâmetro, a borracha se rompe e a radiossonda cai de volta à Terra sob um pequeno paraquedas.

O mesmo hélio, no solo e em grandes altitudes: menos colisões do lado de fora, então o balão incha

O gás dentro do balão precisa ser mais leve que o ar. O hidrogênio é o gás mais leve de todos e é barato: algumas estações o produzem no local, decompondo água com eletricidade, 2H₂O → 2H₂ + O₂. Mas o hidrogênio queima, e um vazamento perto de uma faísca pode iniciar um incêndio. Por isso, a maioria das estações usa hélio, um gás nobre que não reage de forma alguma.

O hélio tem um problema próprio. O hélio da Terra foi produzido lentamente, ao longo de milhões de anos, pelo decaimento α do urânio e do tório nas rochas, e é coletado em poços de gás natural. Uma vez liberado no ar, ele sobe e é tão leve que escapa lentamente para o espaço. Os hospitais precisam dele para resfriar os ímãs dos aparelhos de ressonância magnética, e, em anos de escassez, seu preço subiu muito. Os serviços meteorológicos de vários países já voltaram a usar hidrogênio em alguns lançamentos, com lançadores automáticos que mantêm as pessoas afastadas do gás.

Calcule a massa de hélio, $m$, em um balão preenchido com 2,500 L de hélio em condições ambiente (He, 4 g/mol). Considere que 1 mol de gás ocupa 25 L em condições ambiente.