“氫氣球”燃爆事故駭人，中學理化知識告訴你氫氣不背鍋！

來源：返樸

作者：李存璞

2024年12月31日跨年夜，一段氫氣球突然燃爆的影片流傳開來，令人揪心。官方通報顯示，河南省信陽市羊山新區萬達廣場有群眾自帶氫氣球發生爆燃，現場有人輕微灼傷。官方通報中同時指出：“氫氣屬於易燃易爆氣體，氫氣球遇到明火、靜電等容易發生爆燃，在人員密集場所使用、售賣氫氣球有較大風險。”事實上，常有禁止升放氫氣球的提示，現場發生的現象，真的是“氫氣球”導致嗎，為什麼會發生燃爆?

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搶“氫氣球”，氣球突然發生燃爆的影片。這段總時長僅10s的影片畫面中，數名身著厚款冬裝的群眾，圍在兩簇五顏六色充滿節日氣氛的氣球周圍，相互擁擠。在影片第9s，一道黃色火焰噴湧而出，在不到1s的時間內，引燃了兩簇氣球，畫面隨之戛然而止。

在這安靜祥和的跨年夜晚，人群之中發生燃爆事故，讓看到影片的網友們為現場群眾的安全捏了一把汗。

圖1 影片第1s，群眾在爭搶氣球；影片第9s，有黃色火焰產生，並在1s之內迅速引燃兩簇氣球，現場發生燃爆事故。

直到第二天的元旦，新聞媒體報道稱“12月31日，信陽市羊山新區萬達廣場有群眾自帶氫氣球發生爆燃，現場有人輕微灼傷”。

在熱鬧祥和的跨年之夜裡發生了燃爆，短短1秒內黃色的烈焰吞噬人群，仍然讓人後怕。現場到底發生了什麼，上面事故因何發生，如何預防這看似防不勝防的“氫氣球”事故呢？

“氫氣球”並非填充真“氫氣”

很多人不知道的是，我們在市面上買到的“氫氣球”，內部填充的往往並非氫氣。事實上，當我們想讓氣球飄浮起來，僅僅需要在氣球中充入密度小於空氣密度的氣體即可。

由於在相同溫度和壓強下，理想氣體的摩爾體積相同[比如中學就學過在標準狀況下（0℃，101.325kPa），1摩爾任何理想氣體所佔的體積都約為22.4升]，根據理想氣體狀態方程pV=nRT，可以輕易地得出pM=ρRT，即理想狀態下氣體密度ρ正比於氣體的摩爾質量M。空氣的分子量M≈29，因此在氣球中填分子量小於29的氣體理論上均可以讓氣球自發飄浮在空中。當然，考慮到氣球外皮材料也有重量且密度遠大於氣體，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，從向上飄的角度來說，分子量為2的氫氣顯然是個理想的填充物質。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）。實際上，氫氣和氦氣都曾被用於飛艇等大型飛行裝置當中，但氫氣易燃易爆，1937年的興登堡號飛艇空難就是由於飛艇填充的氫氣燃爆所引起（圖2a），事故造成了36人死亡，並使飛艇在與飛機的競爭中徹底落敗^[1]。當然，由於飛艇可以低成本、大載荷的實現人員/裝備空中運輸，現在仍有飛艇在發展與應用，其所填充的氣體多為氦氣。經典RTS遊戲《紅色警戒2》中的基洛夫飛艇，根據遊戲語音可以明確其內部填充的氣體為氦氣，也因此被擊落時只會產生撞擊傷害而非爆炸傷害。

圖2 (a) 興登堡號飛艇空難，事故導致36人死亡；(b) 遊戲《紅色警戒2》中的基洛夫飛艇，當被選中時會播報“Helium mix optimal”（氦氣混合就位！），說明其所填充的氣體為氦氣。

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

但事實上，我們平時從商販手中所買到的氫氣球，內部填充的既不是氫氣也不是氦氣。原因也很簡單，氦氣固然安全，但生產成本較高（這是另一個複雜的物理故事），真正的氦氣球相對較貴；而氫氣雖然製備相對容易，但儲存、運輸需要特殊裝置和執照，顯然也不是流動商販所能夠方便獲取的氣體。容易獲取、成本低廉、分子量儘可能多地小於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（但私自接天然氣是違法行為！）因此，我們買到的所謂“氫氣球”，其實稱為“天然氣—球”更加恰當。

天然氣容易燃燒，燃燒的火焰會呈現黃色，而氫氣燃燒則往往是藍色火焰，從圖1的氣球爆燃事故呈現出的黃色火焰來看，燃燒氣體應是天然氣——或者說是甲烷氣為主。

不過，這裡還有一個問題：瞬間就引燃了兩簇氣球，氣球的外皮也遇火就著嗎？

“氫氣球”的外皮

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

圖3 (a) 乳膠材質氣球；(b) 鋁膜材質氣球

生活中常見的天然乳膠產品很多，比如手套、枕頭等等，這種材料有著非常好的彈性和拉伸效能，作為一類高分子材料，其本身很容易燃燒。天然乳膠的氣球氣體密封性不夠好，所以後來人們發展了鋁膜氣球，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成，那麼就應該不易燃燒。其實不然，鋁膜材質是一種複合材料，其內層是雙軸拉伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯（BoPET），外層則是沉積的薄薄一層金屬鋁。由於其外層呈現亮閃閃的金屬光澤，它才被認為是主要由鋁構成。BoPET也常作為書本、照片的外層覆膜；BoPET還有更著名的親戚，即PET（對聚苯二甲酸乙二醇酯），礦泉水瓶、速乾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——為什麼會發生燃爆？

燃爆的背後——無處不在的電與火

儘管目前事故原因尚未調查清楚，但我們不妨推測下一個可能的原因。如果你將頁面拉回到圖1，仔細觀察現場圍觀群眾的衣服，就會注意到筆者前面專門描寫了“數名身著厚款冬裝的群眾”。為了起到更好的防風效果，冬天的衣物外層面料多為化學纖維，化學纖維相比天然材料，更容易透過摩擦產生靜電。在圖1的場景中，衣物與衣物、衣物與氣球之間的摩擦極可能產生靜電，而靜電遇到洩露的氣體（圖1所用的氣球為乳膠氣球，更容易漏氣），會瞬間點燃；火苗遇到其他氣球的乳膠外皮使之燃燒，導致內部的可燃的天然氣洩漏，最終產生燃爆，一切都在1s之內完成。

因此，在人員聚集場所和密封空間，“氫氣球”——無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其他乘客攜帶氣球想要進站被攔截——原因很簡單，一旦氣球不慎飄入地鐵隧道中，即使氣球可能破掉，但易燃的氣體會困在隧道當中，而地鐵透過接觸電網取電，電遇到易燃氣體，極易導致災難性事故發生。

結語

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

參考文獻

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Hindenburg_disaster

[2] https://en.m.wikipedia.org/wiki/BoPET