“氫氣球”燃爆事故駭人，中學(xué)理化知識(shí)告訴你氫氣不背鍋！

2024年12月31日跨年夜，一段氫氣球突然燃爆的視頻流傳開(kāi)來(lái)，令人揪心。官方通報(bào)顯示，河南省信陽(yáng)市羊山新區(qū)萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)有群眾自帶氫氣球發(fā)生爆燃，現(xiàn)場(chǎng)有人輕微灼傷。官方通報(bào)中同時(shí)指出：“氫氣屬于易燃易爆氣體，氫氣球遇到明火、靜電等容易發(fā)生爆燃，在人員密集場(chǎng)所使用、售賣(mài)氫氣球有較大風(fēng)險(xiǎn)?！笔聦?shí)上，常有禁止升放氫氣球的提示，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的現(xiàn)象，真的是“氫氣球”導(dǎo)致嗎，為什么會(huì)發(fā)生燃爆？

撰文 | 李存璞（特種化學(xué)電源全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授）

2024年的跨年夜，許多人朋友圈、微信群中流傳著一條群眾擁擠爭(zhēng)搶“氫氣球”，氣球突然發(fā)生燃爆的視頻。這段總時(shí)長(zhǎng)僅10s的視頻畫(huà)面中，數(shù)名身著厚款冬裝的群眾，圍在兩簇五顏六色充滿(mǎn)節(jié)日氣氛的氣球周?chē)?，相互擁擠。在視頻第9s，一道黃色火焰噴涌而出，在不到1s的時(shí)間內(nèi)，引燃了兩簇氣球，畫(huà)面隨之戛然而止。

在這安靜祥和的跨年夜晚，人群之中發(fā)生燃爆事故，讓看到視頻的網(wǎng)友們?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)群眾的安全捏了一把汗。

圖1 視頻截圖第1s，群眾在爭(zhēng)搶氣球；視頻截圖第9s，有黃色火焰產(chǎn)生，并在1s之內(nèi)迅速引燃兩簇氣球，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生燃爆事故。

直到第二天的元旦，新聞媒體報(bào)道稱(chēng)“12月31日，信陽(yáng)市羊山新區(qū)萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)有群眾自帶氫氣球發(fā)生爆燃，現(xiàn)場(chǎng)有人輕微灼傷”。

在熱鬧祥和的跨年之夜里發(fā)生了燃爆，短短1秒內(nèi)黃色的烈焰吞噬人群，仍然讓人后怕?，F(xiàn)場(chǎng)到底發(fā)生了什么，上面事故因何發(fā)生，如何預(yù)防這看似防不勝防的“氫氣球”事故呢？

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“氫氣球”并非填充真“氫氣”

很多人不知道的是，我們?cè)谑忻嫔腺I(mǎi)到的“氫氣球”，內(nèi)部填充的往往并非氫氣。事實(shí)上，當(dāng)我們想讓氣球飄浮起來(lái)，僅僅需要在氣球中充入密度小于空氣密度的氣體即可。

由于在相同溫度和壓強(qiáng)下，理想氣體的摩爾體積相同[比如中學(xué)就學(xué)過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃，101.325kPa），1摩爾任何理想氣體所占的體積都約為22.4升]，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，可以輕易地得出pM=ρRT，即理想狀態(tài)下氣體密度ρ正比于氣體的摩爾質(zhì)量M?？諝獾姆肿恿縈≈29，因此在氣球中填分子量小于29的氣體理論上均可以讓氣球自發(fā)飄浮在空中。當(dāng)然，考慮到氣球外皮材料也有重量且密度遠(yuǎn)大于氣體，所以填充氣體的分子量最好比29 g/mol小得多一些。

作為最輕的氣體，從向上飄的角度來(lái)說(shuō)，分子量為2的氫氣顯然是個(gè)理想的填充物質(zhì)。除此之外，也有商家在氣球中填充惰性氣體氦氣（分子量為4）。實(shí)際上，氫氣和氦氣都曾被用于飛艇等大型飛行設(shè)備當(dāng)中，但氫氣易燃易爆，1937年的興登堡號(hào)飛艇空難就是由于飛艇填充的氫氣燃爆所引起（圖2a），事故造成了36人死亡，并使飛艇在與飛機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)中徹底落敗[1]。當(dāng)然，由于飛艇可以低成本、大載荷的實(shí)現(xiàn)人員/裝備空中運(yùn)輸，現(xiàn)在仍有飛艇在發(fā)展與應(yīng)用，其所填充的氣體多為氦氣。經(jīng)典RTS游戲《紅色警戒2》中的基洛夫飛艇，根據(jù)游戲語(yǔ)音可以明確其內(nèi)部填充的氣體為氦氣，也因此被擊落時(shí)只會(huì)產(chǎn)生撞擊傷害而非爆炸傷害。

圖2 (a) 興登堡號(hào)飛艇空難，事故導(dǎo)致36人死亡；(b) 游戲《紅色警戒2》中的基洛夫飛艇，當(dāng)被選中時(shí)會(huì)播報(bào)“Helium mix optimal”（氦氣混合就位?。?，說(shuō)明其所填充的氣體為氦氣。

由于用氫氣填充氣球的思想深入人心，在中文語(yǔ)境下人們把能飄著的氣球多稱(chēng)為“氫氣球”；在英文語(yǔ)境下，helium balloon（氦氣球）則用得更加廣泛。

但事實(shí)上，我們平時(shí)從商販?zhǔn)种兴I(mǎi)到的氫氣球，內(nèi)部填充的既不是氫氣也不是氦氣。原因也很簡(jiǎn)單，氦氣固然安全，但生產(chǎn)成本較高（這是另一個(gè)復(fù)雜的物理故事），真正的氦氣球相對(duì)較貴；而氫氣雖然制備相對(duì)容易，但儲(chǔ)存、運(yùn)輸需要特殊裝置和執(zhí)照，顯然也不是流動(dòng)商販所能夠方便獲取的氣體。容易獲取、成本低廉、分子量盡可能多地小于29的天然氣就成了“氫氣球”的填充氣的主流選擇。天然氣的主要成分為甲烷（CH4），分子量只有16，且方便易得，甚至可以直接從家中天然氣管道接出來(lái)（但私自接天然氣是違法行為！）因此，我們買(mǎi)到的所謂“氫氣球”，其實(shí)稱(chēng)為“天然氣—球”更加恰當(dāng)。

天然氣容易燃燒，燃燒的火焰會(huì)呈現(xiàn)黃色，而氫氣燃燒則往往是藍(lán)色火焰，從圖1的氣球爆燃事故呈現(xiàn)出的黃色火焰來(lái)看，燃燒氣體應(yīng)是天然氣——或者說(shuō)是甲烷氣為主。

不過(guò)，這里還有一個(gè)問(wèn)題：瞬間就引燃了兩簇氣球，氣球的外皮也遇火就著嗎？

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“氫氣球”的外皮

氣球的外皮的確易燃易爆。我們常見(jiàn)的氣球的外皮材質(zhì)主要有兩種：一種是圖3a所示的乳膠材質(zhì)，也就是沒(méi)充氣的時(shí)候小小的，充氣過(guò)程中會(huì)逐漸膨大；另一種則是圖3b所示的鋁膜氣球，這種材質(zhì)本身不會(huì)隨著氣壓的改變而變形，氣體填充的是內(nèi)部預(yù)留好的空間。

圖3 (a) 乳膠材質(zhì)氣球；(b) 鋁膜材質(zhì)氣球

生活中常見(jiàn)的天然乳膠產(chǎn)品很多，比如手套、枕頭等等，這種材料有著非常好的彈性和拉伸性能，作為一類(lèi)高分子材料，其本身很容易燃燒。天然乳膠的氣球氣體密封性不夠好，所以后來(lái)人們發(fā)展了鋁膜氣球，其擁有更好的氣密性，可以讓氣球更持久地飄浮在空中。

鋁膜氣球的名字則容易讓人誤解，以為其是由鋁箔所構(gòu)成，那么就應(yīng)該不易燃燒。其實(shí)不然，鋁膜材質(zhì)是一種復(fù)合材料，其內(nèi)層是雙軸拉伸的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（BoPET），外層則是沉積的薄薄一層金屬鋁。由于其外層呈現(xiàn)亮閃閃的金屬光澤，它才被認(rèn)為是主要由鋁構(gòu)成。BoPET也常作為書(shū)本、照片的外層覆膜；BoPET還有更著名的親戚，即PET（對(duì)聚苯二甲酸乙二醇酯），礦泉水瓶、速干衣物中都有這種材料的身影。因此，同樣作為高分子材料，鋁膜氣球的外皮也很容易燃燒。

所以——為什么會(huì)發(fā)生燃爆？

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燃爆的背后——無(wú)處不在的電與火

盡管目前事故原因尚未調(diào)查清楚，但我們不妨推測(cè)下一個(gè)可能的原因。如果你將頁(yè)面拉回到圖1，仔細(xì)觀察現(xiàn)場(chǎng)圍觀群眾的衣服，就會(huì)注意到筆者前面專(zhuān)門(mén)描寫(xiě)了“數(shù)名身著厚款冬裝的群眾”。為了起到更好的防風(fēng)效果，冬天的衣物外層面料多為化學(xué)纖維，化學(xué)纖維相比天然材料，更容易通過(guò)摩擦產(chǎn)生靜電。在圖1的場(chǎng)景中，衣物與衣物、衣物與氣球之間的摩擦極可能產(chǎn)生靜電，而靜電遇到泄露的氣體（圖1所用的氣球?yàn)槿槟z氣球，更容易漏氣），會(huì)瞬間點(diǎn)燃；火苗遇到其他氣球的乳膠外皮使之燃燒，導(dǎo)致內(nèi)部的可燃的天然氣泄漏，最終產(chǎn)生燃爆，一切都在1s之內(nèi)完成。

因此，在人員聚集場(chǎng)所和密封空間，“氫氣球”——無(wú)論填充的是不是氫氣，往往都不被允許帶入。筆者不止一次乘坐地鐵遇到過(guò)其他乘客攜帶氣球想要進(jìn)站被攔截——原因很簡(jiǎn)單，一旦氣球不慎飄入地鐵隧道中，即使氣球可能破掉，但易燃的氣體會(huì)困在隧道當(dāng)中，而地鐵通過(guò)接觸電網(wǎng)取電，電遇到易燃?xì)怏w，極易導(dǎo)致災(zāi)難性事故發(fā)生。

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結(jié)語(yǔ)

五顏六色的氣球是增加節(jié)日氛圍的好物件，但越是節(jié)日越要注意安全防范，畢竟平安是福。2025祝所有讀者快快樂(lè)樂(lè)，健健康康。

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