Hva gjør de to gassene komprimerbare, men gjelder ikke en væske som vann?
Kommentarer
- Det ' er viktig å merke seg at vann kan komprimeres, men i mye mindre grad enn luft. Dens bulk modulus (omtrent trykket som trengs for å forårsake en merkbar reduksjon i volum) er 10 000 ganger større enn luft, men det er fremdeles endelig. Dermed for eksempel , selv i de dype havene på 4 km dybde, der trykket er 40 MPa, er det bare en 1,8% reduksjon i volum – men det er fortsatt komprimering. Spørsmålet er " hvor mye? ".
- @EmilioPisanty: endret spørsmålet.
- Fordi vann er en væske, og væsker er mindre komprimerbare enn gasser. Flyt hydrogen eller oksygen, så ser du ' at de knapt er komprimerbare også. Eller fordamp vann (mye lettere å gjøre), og du ' ser at det er komprimerbart som hydrogen eller oksygen.
- Meh. Gasser og væsker oppfører seg annerledes fordi gasser og væsker oppfører seg annerledes. Dette er ganske et eget spørsmål fra å spørre om bestanddelene som går i vann oppfører seg annerledes enn vann (det gjør de selvfølgelig). Å blande både kjemiske forskjeller og faseforskjeller i ett spørsmål gir deg en forvirret rot.
Svar
kraft mellom to (ikke-reagerende) atomer er tilnærmet gitt av Lennard-Jones potensialet , og dette varierer med separasjonen av atomene noe som dette:
(dette bildet er fra Wikipedia-artikkelen jeg lenket ovenfor). I diagrammet kan parameteren $ \ sigma $ betraktes som størrelsen på atomet, så verdien på $ x $ aksen til $ r / \ sigma = 1 $ er punktet der atomene kommer i kontakt. Når atomene er langt fra hverandre, er det en veldig liten tiltrekningskraft, men så snart atomer kommer i kontakt er det en sterk frastøting, og det er veldig vanskelig å presse atomene nærmere hverandre.
Vær forsiktig om å ta dette for iteralt, da atomer er noe uklare gjenstander og ikke har en nøyaktig størrelse. likevel er poenget fortsatt at det er en avstand mellom atomene der de plutselig begynner å frastøte hverandre.
Nå tilbake til spørsmålet ditt. For nesten ideelle gasser som oksygen og hydrogen ved standard temperatur og trykk tar en mol (det vil si $ 6,023 \ ganger 10 ^ {23} $ molekyler) ca 22,4 liter. Dette betyr at gjennomsnittlig avstand mellom molekyler er rundt 3 nm. Størrelsen på et oksygenmolekyl er veldig grovt (de er ikke sfæriske) 0,3 nm, så avstanden mellom molekylene er omtrent 10 ganger størrelsen. Det er veien til høyre på grafen over, og det betyr kreftene mellom dem er lave, og det er veldig enkelt å presse dem sammen. Det er derfor gasser lett kan komprimeres.
Tenk nå vann. En mol vann (0,018 kg) tar omtrent 18 ml, mellom molekylene i vann er omtrent 0,3 nm – med andre ord de er i kontakt med hverandre. Dette er punktet der molekylene begynner å frastøte hverandre strengt, og det gjør det vanskelig å presse dem nærmere hverandre. Det er derfor vann er ikke lett komprimert.
Du spør om å komprimere en blanding av (uomsatt) oksygen og hydrogen. Vel, hvis du komprimerer oksygen nok, flytes det, og tettheten til flytende oksygen er omtrent 1140 kg / m $ ^ 3 $. Dette gjør at avstanden mellom oksygenmolekyler er ca. 0,35 nm. Denne avstanden er omtrent den samme som størrelsen på O $ _2 $ -molekylene, så det er vanskelig å komprimere flytende oksygen. Du kan gjenta denne beregningen for flytende hydrogen (tetthet ca 71 kg / m $ ^ 3 $) og du får et veldig likt resultat. Egentlig ville jeg forvente at flytende hydrogen ville være mer komprimerbart enn flytende oksygen og vann fordi H $ _2 $ -molekylet er betydelig mindre. Men en rask Google kunne ikke finne verdier for bulkmodulen av flytende hydrogen.
Svar
Den gjennomsnittlige tettheten av flytende vann er omtrent 1000 $ kg / m ^ 3 $. Den gjennomsnittlige tettheten av luft er omtrent $ 1 kg / m ^ 3 $. Så flytende vann er omtrent 1000 ganger tettere enn gass. Når du komprimerer flytende vann sammen, blir molekylkreftene veldig sterke og hindrer det i å bli komprimert For en gass er molekylene imidlertid så langt fra hverandre at kreftene er mye mindre (hovedårsaken til at en gass ikke kan komprimeres, skyldes den kinetiske energien til molekylene i gassen).
Kommentarer
- Er den gjennomsnittlige tettheten av komprimert hydrogen og oksygen omtrent som 1000 $ kg / m ^ 3 $?
- Jeg tror du mener å spørre om det er noe sånt som $ 1 kg / m ^ 3 $ og ja.Luft består av disse partiklene og er den samme fasen. Tettheten av luft og trykkluft burde ikke være ' t av mer enn omtrent en størrelsesorden.
- Jeg mente faktisk at hvis du blander oksygen og hydrogen og komprimere det, ville det føre til samme tetthet som vann?
- @QuoraFea: Hvorfor forventer du at det blir det samme?
- Bare hvis du klarte å komprimere det nok for å tvinge den til å gjennomgå en faseendring.
Svar
Den grunnleggende modellen for en gass som individuelle gasspartikler Ikke samhandle. Som i: det er nok plass mellom molekyler, slik at de bruker mesteparten av tiden på å reise i rette linjer, uten å støte på hverandre, dvs. det er mye plass mellom partikler. «er ikke overraskende at en gass kan komprimeres. i en væske. Du kan ikke komprimere en væske så mye bare fordi det ikke er så mye mellomrom mellom partikler.
Oppsummert
Gasser: mye plass mellom partikler -> komprimerbar
Væsker: svært lite mellomrom mellom partikler -> ikke komprimerbar