酸素と水素は圧縮可能であるのに、水はほとんど圧縮できないのはなぜですか

2つの（反応しない）原子間の力は、おおよそレナードジョーンズポテンシャルによって与えられます。これは、原子の分離によって次のように変化します。

（この画像は、上記でリンクしたWikipediaの記事からのものです）。この図では、パラメータ$ \ sigma $は原子のサイズと考えることができるため、$ r / \ sigma = 1 $の$ x $軸の値は、原子が接触する点です。原子が遠く離れていると、わずかな引力がありますが、原子が接触するとすぐに強い反発があり、原子を近づけるのは非常に困難です。

注意してください。原子はややあいまいなオブジェクトであり、正確なサイズがないため、これを繰り返し行うことについて。それでもなお、原子間に距離があり、原子が突然互いに強く反発し始める点が残っています。

ここで質問に戻ります。標準の温度と圧力での酸素や水素のようなほぼ理想気体の場合、1モル（つまり$ 6.023 \ times 10 ^ {23} $分子）は約22.4リットルを占めます。これは、分子間の平均間隔が約3nmであることを意味します。酸素分子のサイズは非常に大まかに（球形ではありません）0.3 nmであるため、分子間の間隔はサイズの約10倍になります。これは、上のグラフの右側にあり、力を意味します。それらの間は低く、それらを一緒に押すのは非常に簡単です。これがガスが簡単に圧縮できる理由です。

ここで水を考えます。1モルの水（0.018kg）は約18mlを占めるので、間隔は水中の分子間の距離は約0.3nm、つまり互いに接触しているため、分子同士が互いに反発し始め、分子同士を近づけることが困難になります。そのためです。水は簡単には圧縮されません。

（未反応の）酸素と水素の混合物を圧縮することについて質問します。酸素を十分に圧縮すると液化し、液体酸素の密度は約1140kg / m $ ^ 3 $になります。これにより、酸素分子間の間隔は約0.35nmになります。この間隔はO $ _2 $分子のサイズとほぼ同じであるため、液体酸素を圧縮するのは困難です。液体水素に対してこの計算を繰り返すことができます。 （密度約71 kg / m $ ^ 3 $）と非常によく似た結果が得られます。実際には、H $ _2 $分子が大幅に小さいため、液体水素は液体酸素や水よりも圧縮性が高いと思います。ただし、簡単なGoogle液体水素のバルク弾性率の値が見つかりませんでした。

液体水の平均密度は約1000 $ kgです。 / m ^ 3 $。空気の平均密度は約$ 1 kg / m ^ 3 $です。したがって、液体水はガスの約1000倍の密度です。液体水を一緒に圧縮すると、分子力が非常に強くなり、圧縮が妨げられます。ただし、ガスの場合、分子は非常に離れているため、力ははるかに小さくなります（ガスを圧縮できない主な理由は、分子の運動エネルギーによるものです。ガス）。

コメント

• 圧縮水素と酸素の平均密度は1000 $ kg / m ^ 3 $のようなものですか？
• $ 1kg / m ^ 3 $のようなものかどうかを尋ねるつもりだと思います。空気はこれらの粒子で構成されており、同じ相です。空気と圧縮空気の密度は、'約1桁以上ずれてはいけません。
• 実際には、酸素と水素を混合すると、圧縮すると、水と同じ密度になりますか？
• @QuoraFea：なぜ同じであると期待するのですか？
• 十分に圧縮できた場合のみ強制的に相変化を起こさせます。

個々のガス粒子がガスの基本モデル相互作用しないでください。次のように、分子間に十分なスペースがあるため、ほとんどの時間を互いにぶつかることなく直線で移動します。つまり、粒子間には多くのスペースがあります。これを念頭に置いて、 「ガスが圧縮可能であることは驚くべきことではありません。

ガスを十分に圧縮すると（そして温度を下げると）、最終的に粒子が十分に接近して互いに引き付け始め、ガスが回転します。液体に。粒子間にそれほど多くのスペースがないという理由だけで、液体をそれほど圧縮することはできません。

要約

気体：粒子間に多くのスペースがあります->圧縮可能

液体：粒子間のスペースが非常に少ない->圧縮できない