Wat maakt de twee gassen samendrukbaar, maar is niet van toepassing op een vloeistof zoals water?
Reacties
- Het is ' belangrijk op te merken dat water kan worden gecomprimeerd, maar in veel mindere mate dan lucht. De bulkmodulus (ruwweg de druk die nodig is om een merkbare afname van het volume te veroorzaken) is 10.000 keer groter dan die van lucht, maar is nog steeds eindig. Dus bijvoorbeeld , zelfs in de diepe oceanen op 4 km diepte, waar de druk 40 MPa is, is er slechts een afname van 1,8% in volume, maar er is nog steeds compressie. De vraag is " hoeveel? ".
- @EmilioPisanty: heeft de vraag gewijzigd.
- Omdat water een vloeistof is en vloeistoffen minder samendrukbaar zijn dan gassen. Maak waterstof of zuurstof vloeibaar, en u ' zult zien dat ze ook nauwelijks samendrukbaar zijn. Of, water verdampen (veel gemakkelijker om te doen), en je ' zult zien dat het samendrukbaar is zoals waterstof of zuurstof.
- Meh. Gassen en vloeistoffen gedragen zich anders omdat gassen en vloeistoffen zich anders gedragen. Dit staat nogal los van de vraag of de bestanddelen die in het water terechtkomen zich anders gedragen dan water (dat doen ze natuurlijk). Als je zowel chemische verschillen als faseverschillen in één vraag door elkaar haalt, krijg je een verwarring.
Antwoord
De kracht tussen twee (niet-reagerende) atomen wordt bij benadering gegeven door de Lennard-Jones-potentiaal , en dit varieert met de scheiding van de atomen zoiets als dit:
(deze afbeelding is van het Wikipedia-artikel dat ik hierboven heb gelinkt). In het diagram kan de parameter $ \ sigma $ worden gezien als de grootte van het atoom, dus de waarde op de $ x $ -as van $ r / \ sigma = 1 $ is het punt waar de atomen in contact komen. Wanneer de atomen ver van elkaar verwijderd zijn, is er een zeer geringe aantrekkingskracht, maar zodra de atomen in contact komen, is er een sterke afstoting en is het erg moeilijk om de atomen dichter bij elkaar te duwen.
Wees voorzichtig. over dit te iteraal te nemen, aangezien atomen ietwat vage objecten zijn en geen exacte grootte hebben. het punt blijft echter dat er een afstand is tussen de atomen waarop ze elkaar plotseling sterk afstoten.
Nu terug naar je vraag. Voor bijna ideale gassen zoals zuurstof en waterstof bij standaardtemperatuur en -druk neemt één mol (dat is $ 6,023 \ maal 10 ^ {23} $ moleculen) ongeveer 22,4 liter in beslag. Dit betekent dat de gemiddelde afstand tussen moleculen ongeveer 3 nm is. De grootte van een zuurstofmolecuul is zeer ruw (ze zijn niet sferisch) 0,3 nm, dus de afstand tussen de moleculen is ongeveer 10 keer hun grootte. Dat is helemaal rechts in de bovenstaande grafiek, en het betekent de krachten daartussen zijn laag en het is heel gemakkelijk om ze samen te duwen. Dit is de reden waarom gassen gemakkelijk kunnen worden gecomprimeerd.
Beschouw nu water. Een mol water (0,018 kg) neemt ongeveer 18 ml in beslag, dus de tussenruimte tussen de moleculen in water is ongeveer 0,3 nm – met andere woorden ze zijn in contact met elkaar. Dit is het punt waarop de moleculen elkaar streng afstoten, en dat maakt het moeilijk om ze dichter bij elkaar te duwen. water wordt niet gemakkelijk gecomprimeerd.
U vraagt naar het comprimeren van een mengsel van (niet-gereageerde) zuurstof en waterstof. Als je zuurstof voldoende comprimeert, wordt het vloeibaar, en de dichtheid van vloeibare zuurstof is ongeveer 1140 kg / m $ ^ 3 $. Dit maakt de afstand tussen zuurstofmoleculen ongeveer 0,35 nm. Deze afstand is ongeveer gelijk aan de grootte van de O $ _2 $ -moleculen, dus het is moeilijk om vloeibare zuurstof te comprimeren. U kunt deze berekening herhalen voor vloeibare waterstof (dichtheid ongeveer 71 kg / m $ ^ 3 $) en je krijgt een vergelijkbaar resultaat. Eigenlijk zou ik verwachten dat vloeibare waterstof beter samendrukbaar is dan vloeibare zuurstof en water, omdat het H $ _2 $ -molecuul aanzienlijk kleiner is. Maar een snelle Google kon geen waarden vinden voor de bulkmodulus van vloeibare waterstof.
Antwoord
De gemiddelde dichtheid van vloeibaar water is ongeveer 1000 $ kg / m ^ 3 $. De gemiddelde dichtheid van lucht is ongeveer $ 1 kg / m ^ 3 $. Vloeibaar water is dus ongeveer 1000 keer dichter dan gas. Wanneer je vloeibaar water samen comprimeert, worden de moleculaire krachten erg sterk, waardoor het niet wordt gecomprimeerd Voor een gas zijn de moleculen echter zo ver uit elkaar dat de krachten veel kleiner zijn (de belangrijkste reden dat een gas niet kan worden gecomprimeerd, is te wijten aan de kinetische energie van de moleculen in het gas).
Opmerkingen
- Is de gemiddelde dichtheid van gecomprimeerde waterstof en zuurstof ongeveer 1000 $ kg / m ^ 3 $?
- Ik denk dat je wilt vragen of het zoiets is als $ 1 kg / m ^ 3 $ en ja.Lucht is samengesteld uit deze deeltjes en is dezelfde fase. De dichtheid van lucht en perslucht mag niet ' niet meer dan een orde van grootte afwijken.
- eigenlijk bedoelde ik dat als je zuurstof en waterstof mengt en comprimeren, zou dat resulteren in dezelfde dichtheid als water?
- @QuoraFea: Waarom zou je verwachten dat het hetzelfde is?
- Alleen als je het voldoende zou kunnen comprimeren om het te dwingen een faseverandering te ondergaan.
Antwoord
Het basismodel van een gas dat individuele gasdeeltjes geen interactie hebben. Zoals in: er is genoeg ruimte tussen moleculen, zodat ze het grootste deel van hun tijd in rechte lijnen reizen, zonder tegen elkaar aan te botsen, dwz er is veel ruimte tussen deeltjes. Met dit in gedachten Het is niet verwonderlijk dat een gas samendrukbaar is.
Als je je gas voldoende comprimeert (en de temperatuur verlaagt), zullen de deeltjes uiteindelijk zo dichtbij komen dat ze elkaar gaan aantrekken, en dan verandert je gas in een vloeistof. Je kunt een vloeistof niet zo vaak samenpersen, simpelweg omdat er niet zoveel ruimte tussen deeltjes is.
Samengevat
Gassen: veel ruimte tussen deeltjes -> samendrukbaar
Vloeistoffen: zeer weinig ruimte tussen deeltjes -> niet samendrukbaar