Hvad gør de to gasser komprimerbare, men gælder ikke en væske som vand?
Kommentarer
- Det ' er vigtigt at bemærke, at vand kan komprimeres, men i meget mindre grad end luft. Dens bulk modulus (nogenlunde det nødvendige tryk for at forårsage et mærkbart fald i volumen) er 10.000 gange større end luft, men det er stadig endeligt. Således for eksempel , selv i de dybe have ved 4 km dybde, hvor trykket er 40 MPa, er der kun et fald på 1,8% i volumen – men der er stadig komprimering. Spørgsmålet er " hvor meget? ".
- @EmilioPisanty: ændret spørgsmålet.
- Fordi vand er en væske, og væsker er mindre komprimerbare end gasser. Flyd brint eller ilt, og du ' vil også se, at de næppe er komprimerbare. Eller fordamp vand (meget lettere at gøre), og du vil ' se, at det er komprimerbart som brint eller ilt.
- Meh. Gasser og væsker opfører sig forskelligt, fordi gasser og væsker opfører sig anderledes. Dette er et ganske separat spørgsmål fra at spørge, om de bestanddele, der går i vand, opfører sig anderledes end vand (det gør de selvfølgelig). At blande både kemiske forskelle og faseforskelle i et spørgsmål efterlader dig med en forvirret rod.
Svar
kraft mellem to (ikke-reagerende) atomer er omtrent givet af Lennard-Jones potentiale , og dette varierer med adskillelsen af atomer noget som dette:
(dette billede er fra Wikipedia-artiklen, jeg linkede ovenfor). I diagrammet kan parameteren $ \ sigma $ betragtes som atomets størrelse, så værdien på $ x $ aksen på $ r / \ sigma = 1 $ er det punkt, hvor atomerne kommer i kontakt. Når atomerne er langt fra hinanden, er der en meget lille tiltrækning, men så snart atomerne kommer i kontakt, er der en stærk frastødning, og det er meget svært at skubbe atomerne tættere sammen.
Vær forsigtig om at tage dette også iteralt, da atomer er noget uklare genstande og ikke har en nøjagtig størrelse. alligevel er pointen stadig, at der er en afstand mellem atomerne, hvor de pludselig begynder at afvise hinanden kraftigt.
Nu tilbage til dit spørgsmål. For næsten ideelle gasser som ilt og brint ved standardtemperatur og tryk optager en mol (det vil sige $ 6.023 \ gange 10 ^ {23} $ molekyler) ca. 22,4 liter. Dette betyder, at den gennemsnitlige afstand mellem molekyler er omkring 3 nm. Størrelsen på et iltmolekyle er meget groft (de er ikke sfæriske) 0,3 nm, så afstanden mellem molekylerne er ca. 10 gange deres størrelse. Det er vejen til højre på grafen ovenfor, og det betyder kræfterne mellem dem er lave, og det er meget let at skubbe dem sammen. Derfor kan gasser let komprimeres.
Tænk nu på vand. En mol vand (0,018 kg) optager ca. 18 ml, så afstanden mellem molekylerne i vand er ca. 0,3 nm – med andre ord er de i kontakt med hinanden. Dette er det punkt, hvor molekylerne begynder at afvise hinanden strengt, og det gør det svært at skubbe dem tættere på hinanden. Det er derfor vand komprimeres ikke let.
Du spørger om komprimering af en blanding af (uomsat) ilt og brint. Hvis du komprimerer ilt nok, flydes det godt, og tætheden af flydende ilt er ca. 1140 kg / m $ ^ 3 $. Dette gør afstanden mellem iltmolekyler omkring 0,35 nm. Denne afstand er omtrent den samme som størrelsen på O $ _2 $ -molekylerne, så det er svært at komprimere flydende ilt. Du kan gentage denne beregning for flydende brint (tæthed ca. 71 kg / m $ ^ 3 $), og du får et meget ens resultat. Faktisk ville jeg forvente, at flydende brint ville være mere komprimerbart end flydende ilt og vand, fordi H $ _2 $ -molekylet er betydeligt mindre. Dog en hurtig Google kunne ikke finde værdier for hovedmodulet for flydende brint.
Svar
Den gennemsnitlige tæthed af flydende vand er ca. 1000 $ kg / m ^ 3 $. Den gennemsnitlige tæthed af luft er omkring $ 1 kg / m ^ 3 $. Så flydende vand er ca. 1000 gange tættere end gas. Når du komprimerer flydende vand sammen, bliver molekylkræfterne meget stærke, så det ikke komprimeres For en gas er molekylerne imidlertid så langt fra hinanden, at kræfterne er meget mindre (hovedårsagen til, at en gas ikke kan komprimeres, skyldes molekylernes kinetiske energi i gassen).
Kommentarer
- Er den gennemsnitlige densitet af komprimeret brint og ilt noget som 1000 $ kg / m ^ 3 $?
- Jeg tror, du mener at spørge, om det er noget som $ 1 kg / m ^ 3 $ og ja.Luft består af disse partikler og er den samme fase. Tæthederne af luft og trykluft burde ikke være ' for at være slukket mere end omkring en størrelsesorden.
- Jeg mente faktisk, at hvis du blander ilt og brint og komprimere det, ville det resultere i samme tæthed som vand?
- @QuoraFea: Hvorfor skulle du forvente, at det var det samme?
- Kun hvis du var i stand til at komprimere det nok for at tvinge den til at gennemgå en faseændring.
Svar
Den grundlæggende model for en gas, som individuelle gaspartikler interagerer ikke. Som i: der er nok plads mellem molekyler, således at de bruger det meste af deres tid på at rejse i lige linjer uden at støde ind i hinanden, dvs. der er masser af plads mellem partikler. “Det er ikke overraskende, at en gas er komprimerbar.
Hvis du komprimerer din gas nok (og sænker temperaturen), vil partiklerne til sidst komme tæt nok på, at de begynder at tiltrække hinanden, og derefter bliver din gas i en væske. Du kan ikke komprimere en væske så meget, simpelthen fordi der ikke er så meget plads mellem partikler.
Sammenfattende
Gasser: masser af mellemrum mellem partikler -> komprimerbar
Væsker: meget lidt mellemrum mellem partikler -> ikke komprimerbar