Was macht die beiden Gase komprimierbar, gilt aber nicht für eine Flüssigkeit wie Wasser?
Kommentare
- ' Es ist wichtig zu beachten, dass Wasser komprimiert werden kann. aber in viel geringerem Maße als Luft. Sein Volumenmodul (ungefähr der Druck, der erforderlich ist, um eine merkliche Volumenverringerung zu bewirken) ist 10.000-mal größer als Luft, aber er ist immer noch endlich. So gibt es beispielsweise selbst in den tiefen Ozeanen in 4 km Tiefe, wo der Druck 40 MPa beträgt, nur eine Volumenabnahme von 1,8% – aber es gibt eine noch Komprimierung. Die Frage lautet " wie viel? ".
- @EmilioPisanty: Die Frage wurde geändert.
- Weil Wasser eine Flüssigkeit ist und Flüssigkeiten weniger komprimierbar sind als Gase. Verflüssigen Sie Wasserstoff oder Sauerstoff, und Sie ' werden feststellen, dass sie auch kaum komprimierbar sind. Oder verdampfen Sie Wasser (viel einfacher), und Sie werden sehen, dass es wie Wasserstoff oder Sauerstoff komprimierbar ist.
- Meh. Gase und Flüssigkeiten verhalten sich unterschiedlich, weil sich Gase und Flüssigkeiten unterschiedlich verhalten. Dies ist eine ganz andere Frage als die Frage, ob sich die Bestandteile, die ins Wasser gelangen, anders verhalten als Wasser (das tun sie natürlich). Wenn Sie sowohl chemische als auch Phasenunterschiede in einer Frage verwechseln, entsteht ein verwirrtes Durcheinander.
Antwort
Die Die Kraft zwischen zwei (nicht reagierenden) Atomen ist ungefähr durch das Lennard-Jones-Potential gegeben, und dies variiert mit der Trennung der Atome ungefähr so:
(dieses Bild stammt aus dem Wikipedia-Artikel, den ich oben verlinkt habe). Im Diagramm kann der Parameter $ \ sigma $ als die Größe des Atoms betrachtet werden, sodass der Wert auf der $ x $ -Achse von $ r / \ sigma = 1 $ der Punkt ist, an dem die Atome in Kontakt kommen. Wenn die Atome weit voneinander entfernt sind, gibt es eine sehr geringe Anziehungskraft, aber sobald die Atome in Kontakt kommen, gibt es eine starke Abstoßung und es ist sehr schwierig, die Atome näher zusammenzudrücken.
Seien Sie vorsichtig Dies zu iterativ zu nehmen, da Atome etwas unscharfe Objekte sind und keine exakte Größe haben. Dennoch bleibt der Punkt, dass es einen Abstand zwischen den Atomen gibt, bei dem sie sich plötzlich stark abstoßen.
Nun zurück zu Ihrer Frage. Für nahezu ideale Gase wie Sauerstoff und Wasserstoff bei Standardtemperatur und -druck nimmt ein Mol (dh 6,023 $ mal 10 ^ {23} $ Moleküle) etwa 22,4 Liter ein. Dies bedeutet, dass der durchschnittliche Abstand zwischen den Molekülen etwa 3 nm beträgt. Die Größe eines Sauerstoffmoleküls ist sehr grob (sie sind nicht kugelförmig) 0,3 nm, daher beträgt der Abstand zwischen den Molekülen etwa das Zehnfache ihrer Größe. Dies ist in der obigen Grafik rechts und bedeutet die Kräfte zwischen ihnen sind niedrig und es ist sehr einfach, sie zusammenzudrücken. Deshalb können Gase leicht komprimiert werden.
Jetzt Wasser enthalten. Ein Mol Wasser (0,018 kg) nimmt ungefähr 18 ml ein, also der Abstand zwischen den Molekülen in Wasser liegt etwa 0,3 nm – mit anderen Worten, sie stehen in Kontakt miteinander. Dies ist der Punkt, an dem sich die Moleküle strikt abstoßen, und das macht es schwierig, sie näher zusammenzudrücken. Deshalb Wasser ist nicht leicht zu komprimieren.
Sie fragen nach der Komprimierung eines Gemisches aus (nicht umgesetztem) Sauerstoff und Wasserstoff. Wenn Sie Sauerstoff ausreichend komprimieren, verflüssigt er sich und die Dichte von flüssigem Sauerstoff beträgt ungefähr 1140 kg / m $ ^ 3 $. Dies macht den Abstand zwischen Sauerstoffmolekülen ungefähr 0,35 nm. Dieser Abstand entspricht in etwa der Größe der O $ _2 $ -Moleküle, sodass es schwierig ist, flüssigen Sauerstoff zu komprimieren. Sie können diese Berechnung für flüssigen Wasserstoff wiederholen (Dichte ca. 71 kg / m $ ^ 3 $) und Sie erhalten ein sehr ähnliches Ergebnis. Eigentlich würde ich erwarten, dass flüssiger Wasserstoff komprimierbarer ist als flüssiger Sauerstoff und Wasser, da das H $ _2 $ -Molekül deutlich kleiner ist. Allerdings ein schnelles Google Es konnten keine Werte für den Volumenmodul von flüssigem Wasserstoff gefunden werden.
Antwort
Die durchschnittliche Dichte von flüssigem Wasser beträgt etwa 1000 $ kg / m ^ 3 $. Die durchschnittliche Luftdichte beträgt ungefähr $ 1 kg / m ^ 3 $. Flüssiges Wasser ist also ungefähr 1000-mal dichter als Gas. Wenn Sie flüssiges Wasser zusammen komprimieren, werden die molekularen Kräfte sehr stark und verhindern, dass es komprimiert wird Für ein Gas sind die Moleküle jedoch so weit voneinander entfernt, dass die Kräfte viel geringer sind (der Hauptgrund, warum ein Gas nicht komprimiert werden kann, liegt in der kinetischen Energie der Moleküle in das Gas).
Kommentare
- Ist die durchschnittliche Dichte von komprimiertem Wasserstoff und Sauerstoff ungefähr 1000 $ kg / m ^ 3 $?
- Ich denke, Sie wollen fragen, ob es so etwas wie $ 1kg / m ^ 3 $ ist und ja.Luft besteht aus diesen Partikeln und ist die gleiche Phase. Die Dichte von Luft und Druckluft sollte ' nicht um mehr als eine Größenordnung abweichen.
- eigentlich meinte ich das, wenn Sie Sauerstoff und Wasserstoff mischen und komprimieren, würde dies zu der gleichen Dichte wie Wasser führen?
- @QuoraFea: Warum würden Sie erwarten, dass es das gleiche ist?
- Nur wenn Sie es genug komprimieren könnten um eine Phasenänderung zu erzwingen.
Antwort
Das Grundmodell eines Gases, das einzelne Gaspartikel enthält Nicht interagieren. Wie in: Es gibt genügend Platz zwischen den Molekülen, so dass sie die meiste Zeit in geraden Linien reisen, ohne ineinander zu stoßen, dh es gibt viel Platz zwischen den Partikeln. In diesem Sinne „Es ist nicht überraschend, dass ein Gas komprimierbar ist.
Wenn Sie Ihr Gas ausreichend komprimieren (und die Temperatur senken), kommen die Partikel schließlich so nahe, dass sie sich gegenseitig anziehen, und dann dreht sich Ihr Gas in eine Flüssigkeit. Sie können eine Flüssigkeit nicht so stark komprimieren, nur weil zwischen den Partikeln nicht so viel Platz ist.
Zusammenfassend
Gase: viel Platz zwischen den Partikeln -> komprimierbar
Flüssigkeiten: sehr wenig Abstand zwischen Partikeln -> nicht komprimierbar