Cosa rende comprimibili i due gas, ma non si applica a un liquido come lacqua?
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- È ' importante notare che lacqua può essere compressa, ma in misura molto minore dellaria. Il suo modulo di massa (approssimativamente, la pressione necessaria per causare unapprezzabile diminuzione del volume) è 10.000 volte più grande dellaria, ma è ancora finito. Pertanto, ad esempio , anche negli oceani profondi a 4 km di profondità, dove le pressioni sono di 40 MPa, cè solo una diminuzione del volume dell1,8%, ma cè ancora compressione. La domanda è " quanto? ".
- @EmilioPisanty: ha cambiato la domanda.
- Perché l acqua è un liquido e i liquidi sono meno comprimibili dei gas. Fluidifica lidrogeno o lossigeno e ' vedrai che anche loro sono appena comprimibili. Oppure vaporizza lacqua (molto più facile da fare) e ' vedrai che è comprimibile come lidrogeno o lossigeno.
- Meh. Gas e liquidi si comportano in modo diverso perché i gas e i liquidi si comportano in modo diverso. Questa è una questione piuttosto separata dal chiedere se i componenti che entrano nellacqua si comportano in modo diverso dallacqua (lo fanno ovviamente). Mescolare differenze chimiche e differenze di fase in una domanda ti lascia con un pasticcio confuso.
Risposta
Il la forza tra due atomi (che non reagiscono) è approssimativamente data dal potenziale di Lennard-Jones , e questo varia con la separazione degli atomi qualcosa del genere:
(questa immagine è tratta dallarticolo di Wikipedia che ho collegato sopra). Nel diagramma il parametro $ \ sigma $ può essere pensato come la dimensione dellatomo, quindi il valore sullasse $ x $ di $ r / \ sigma = 1 $ è il punto in cui gli atomi entrano in contatto. Quando gli atomi sono distanti luno dallaltro cè una leggera attrazione, ma non appena gli atomi entrano in contatto cè una forte repulsione ed è molto difficile spingere gli atomi più vicini tra loro.
Sii cauto di prendere anche questo iteralmente poiché gli atomi sono oggetti in qualche modo sfocati e non hanno una dimensione esatta. tuttavia resta il punto che cè una distanza tra gli atomi alla quale improvvisamente iniziano a respingersi fortemente lun laltro.
Ora torniamo alla tua domanda. Per gas quasi ideali come ossigeno e idrogeno a temperatura e pressione standard, una mole (ovvero $ 6,023 \ volte 10 ^ {23} $ molecole) occupa circa 22,4 litri. Ciò significa che la distanza media tra le molecole è di circa 3 nm. La dimensione di una molecola di ossigeno è molto approssimativamente (non sono sferiche) 0,3 nm, quindi la distanza tra le molecole è circa 10 volte la loro dimensione. Quello è lontano a destra nel grafico sopra, e significa che le forze tra di loro sono bassi ed è molto facile unirli insieme. Questo è il motivo per cui i gas possono essere facilmente compressi.
Ora considera lacqua. Una mole di acqua (0,018 kg) occupa circa 18 ml, quindi la spaziatura tra le molecole in acqua è di circa 0,3 nm – in altre parole sono in contatto tra loro. Questo è il punto in cui le molecole iniziano a respingersi a vicenda e questo rende difficile avvicinarle. Ecco perché lacqua non si comprime facilmente.
Chiedi informazioni sulla compressione di una miscela di ossigeno e idrogeno (senza reazione). Bene, se comprimi abbastanza ossigeno, si liquefa e la densità dell ossigeno liquido è di circa 1140 kg / m $ ^ 3 $. Ciò rende la distanza tra le molecole di ossigeno di circa 0,35 nm. Questa distanza è più o meno la stessa delle dimensioni delle molecole O $ _2 $, quindi è difficile comprimere lossigeno liquido. Puoi ripetere questo calcolo per idrogeno liquido (densità circa 71 kg / m $ ^ 3 $) e si ottiene un risultato molto simile. In realtà mi aspetterei che lidrogeno liquido sia più comprimibile dellossigeno liquido e dellacqua perché la molecola H $ _2 $ è significativamente più piccola. Tuttavia un rapido Google impossibile trovare i valori per il modulo di massa dellidrogeno liquido.
Risposta
La densità media dellacqua liquida è di circa 1000 $ kg / m ^ 3 $. La densità media dellaria è di circa $ 1 kg / m ^ 3 $. Quindi lacqua liquida è circa 1000 volte più densa del gas. Quando si comprime insieme lacqua liquida, le forze molecolari diventano molto forti impedendole di essere compressa molto. Tuttavia, per un gas le molecole sono così distanti che le forze sono molto più piccole (il motivo principale per cui un gas non può essere compresso è dovuto allenergia cinetica delle molecole in il gas).
Commenti
- La densità media dellidrogeno e dellossigeno compressi è qualcosa come 1000 $ kg / m ^ 3 $?
- Penso che tu voglia chiedere se è qualcosa come $ 1kg / m ^ 3 $ e sì.Laria è composta da queste particelle ed è la stessa fase. Le densità di aria e aria compressa non dovrebbero ' essere discostate di oltre un ordine di grandezza.
- in realtà volevo dire che se mescoli ossigeno e idrogeno e comprimerlo, risulterebbe nella stessa densità dellacqua?
- @QuoraFea: Perché ti aspetti che sia lo stesso?
- Solo se fossi in grado di comprimerlo abbastanza per costringerlo a subire un cambiamento di fase.
Risposta
Il modello di base di un gas che le singole particelle di gas Non interagire. Come in: cè abbastanza spazio tra le molecole, in modo che trascorrano la maggior parte del loro tempo viaggiando in linea retta, senza urtarsi lun laltra, cioè cè molto spazio tra le particelle. Con questo in mente, è “Non sorprende che un gas sia comprimibile.
Se comprimi abbastanza il tuo gas (e abbassi la temperatura), alla fine le particelle si avvicineranno abbastanza da iniziare ad attrarsi a vicenda, e poi il tuo gas gira in un liquido. Non puoi comprimere un liquido tanto semplicemente perché non cè tanto spazio tra le particelle.
In sintesi
Gas: molto spazio tra le particelle -> comprimibile
Liquidi: pochissimo spazio tra le particelle -> non comprimibile