Como han señalado otras respuestas, el único gas más ligero que el helio es el hidrógeno, que tiene problemas de inflamabilidad que lo hacen más difícil de manejar con seguridad que el helio.
Además, en la práctica, el hidrógeno no es significativamente más "ligero" que el helio. Mientras que la masa molecular (y por tanto, según la ley de los gases ideales (la densidad) del gas hidrógeno es aproximadamente la mitad de la del helio, lo que determina la flotabilidad de un globo es la diferencia entre la densidad del gas del interior del globo y el aire del exterior.
El densidad del aire en STP se trata de $\rho_{\ce{air}}=\pu{1.2754 kg m-3}$ mientras que las densidades de hidrógeno y helio gas son $\rho_{\ce{H2}}=\pu{0.08988 kg m-3}$ y $\rho_{\ce{He}}=\pu{0.1786 kg m-3}$ respectivamente. Las fuerzas de flotación de un globo de hidrógeno y de un globo de helio en el aire (sin tener en cuenta el peso de la piel y la diferencia de presión entre el interior y el exterior, que disminuyen un poco la flotabilidad) son proporcionales a las diferencias de densidad $\rho_{\ce{air}} -\rho_{\ce{H2}}=\pu{1.1855 kg m-3}$ y $\rho_{\ce{air}} -\rho_{\ce{He}}=\pu{1.0968 kg m-3}$ . Por lo tanto, el helio es sólo alrededor de $7.5\%$ menos flotante en el aire que el hidrógeno.
Por supuesto, si el aire circundante fuera sustituido por un gas más ligero, la diferencia de densidad entre el hidrógeno y el helio sería más significativa. Por ejemplo, si quisieras ir en globo en Júpiter que tiene una atmósfera formada principalmente por hidrógeno y algo de helio, un globo de helio simplemente fregadero Incluso un globo de hidrógeno puro (a temperatura ambiente) no levantaría mucho peso. Por supuesto, siempre se podría llenar el globo con aire ambiente joviano y caliéntalo para producir un globo de hidrógeno caliente (no confundir con un Globo de Rozière que se utilizan en la Tierra y tienen cámaras separadas para el aire caliente y el hidrógeno/el helio).
Ps. Una forma rápida de obtener aproximadamente este resultado es observar que una molécula de hidrógeno está formada por dos protones (y algunos electrones, que tienen una masa despreciable), por lo que tiene una masa molecular de aproximadamente $\pu{2 Da}$ mientras que un átomo de helio tiene dos protones y dos neutrones, con una masa total de aproximadamente $\pu{4 Da}$ .
El aire, por su parte, está formado principalmente por oxígeno y nitrógeno: el oxígeno tiene una masa molecular de aproximadamente $\pu{32 Da}$ (8 protones + 8 neutrones por átomo, dos átomos por molécula), mientras que el nitrógeno está cerca de $\pu{28 Da}$ (un protón y un neutrón por átomo menos que el oxígeno). Por lo tanto, la masa molecular media del aire debería estar entre $28$ y $\pu{32 Da}$ De hecho, dado que el aire tiene tres cuartas partes de nitrógeno, se trata de $\pu{29 Da}$ por lo que las flotabilidades del hidrógeno y del helio en el aire son proporcionales a $29 - 2 = 27$ y $29 - 4 = 25$ respectivamente. Por lo tanto, el hidrógeno debería ser aproximadamente $\frac{(27 - 25)}{25} = \frac{2}{25} = \frac{8}{100} = 8\%$ más flotante que el helio, o, en otras palabras, el helio debería ser $\frac{2}{27} \approx 7.5\%$ menos flotante que el hidrógeno.
Pps. Para resumir algunos de los comentarios que se hacen a continuación, hay otros posibles gases de elevación pero ninguno de ellos parece ser un competidor especialmente viable para el helio, al menos no a los precios actuales del mismo.
Por ejemplo, metano (masa molecular $\approx \pu{16 Da}$ ) tiene aproximadamente la mitad de flotabilidad que el hidrógeno o el helio en la atmósfera terrestre, y es barato y fácil de obtener a partir del gas natural. Sin embargo, al igual que el hidrógeno, también es inflamable, y aunque es algo menos peligroso según algunas medidas (velocidad de combustión y rango de inflamabilidad), es más peligrosos por otros (contenido energético total por volumen). En cualquier caso, la reducida flotabilidad, junto con la inflamabilidad, es probablemente suficiente para hundir (juego de palabras no intencionado) al metano como alternativa viable al helio.
Una opción mucho menos inflamable sería agua que, con una masa molecular de $\approx \pu{18 Da}$ es sólo ligeramente menos flotante que el metano a la misma temperatura y presión. El problema evidente del agua es que es un líquido a temperatura ambiente, lo que significa que hay que calentarla para que levante algo. Esto no sería tan malo (al fin y al cabo, se obtiene una sustentación extra por la expansión debida al calor), excepto por el hecho de que hace que cualquier fallo en el sistema de calentamiento sea un desastre potencial: mientras que un globo de aire caliente se desplaza suavemente hacia abajo si falla el quemador, un globo de vapor caliente puede experimentar una pérdida de flotabilidad catastrófica si el vapor se condensa.
A pesar de estos inconvenientes, globos de vapor caliente tienen ciertamente ha sido sugerido , estudió y probado en el pasado, por desgracia, no siempre con especial éxito (aunque, aparentemente, ha habido intentos mucho más exitosos también). Hay varias formas de reducir el problema de la condensación, como añadir capas de aislamiento adicionales a la envoltura del globo, o incluso rodear el globo de vapor con una envoltura de aire caliente más convencional. Sin embargo, hasta ahora parece que los globos de vapor se mantienen en el terreno de las ideas ingeniosas pero poco prácticas.
Otros posibles gases elevadores, con masa molecular similar a la del metano y el agua, son amoníaco y neón . El neón, al ser un gas noble como el helio, podría funcionar y ser seguro, pero por desgracia es menos flotante y más caro que el helio.
El amoníaco, por otro lado, mientras mucho menos inflamable que el metano, es bastante tóxico y corrosivo (por no mencionar realmente apestoso, lo cual, dadas sus otras propiedades, es probablemente un buena cosa). No creo que me guste volar en un globo de amoníaco pero aparentemente , ¡algunas personas lo hacen! Parece que su principal ventaja (además de ser mucho más barato que el helio) es su presión de vapor relativamente baja, lo que facilita su almacenamiento y manipulación en forma comprimida.
Por lo tanto, al menos para algunos nichos de aplicación (principalmente aficionados y algunos globos meteorológicos, según parece), el amoníaco podría ser la alternativa más viable al helio (y al aire caliente) hoy en día, con el metano / gas natural quizás en segundo lugar. Si el helio se volviera más escaso y caro, estos gases de elevación de bajo coste (y posiblemente otras alternativas, como la recuperación de helio o incluso los globos de vapor) podrían ser más prácticos. Por otra parte, también lo sería el hidrógeno: sus problemas de seguridad, aunque bien conocidos, no son insuperables, especialmente para cosas como los globos meteorológicos no tripulados, donde los riesgos son mucho menores.
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Para algunas aplicaciones, $\mathrm{H}_2$ es más apropiado. Por ejemplo, globos meteorológicos suelen utilizar hidrógeno debido a su coste, con las ventajas secundarias de una menor densidad y una menor velocidad de difusión a través de la membrana; la inflamabilidad no es una preocupación importante.
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Como el helio escasea, cada vez son menos los lugares que lo utilizan para los globos.
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El uso de H2 también es necesario para los globos, porque el hidrógeno en condiciones normales sólo existe como átomos emparejados en una molécula de hidrógeno. Esto es importante, por ejemplo, para la tasa de difusión - donde el Helio tiene una tasa mucho más alta que el H2 - exactamente porque la molécula de Hidrógeno (H2) es mucho más grande como un átomo de He - por lo que el Helio tiene una mayor tasa de difusión como H2.