Co sprawia, że te dwa gazy są ściśliwe, ale nie ma to zastosowania do cieczy takiej jak woda?
Komentarze
- ' Należy pamiętać, że wodę można skompresować, ale w znacznie mniejszym stopniu niż powietrze. Jego moduł objętościowy (w przybliżeniu ciśnienie potrzebne do spowodowania znacznego spadku objętości) jest 10 000 razy większe niż powietrze, ale nadal jest skończony. I tak na przykład , nawet w głębokich oceanach na głębokości 4 km, gdzie ciśnienie wynosi 40 MPa, objętość spada tylko o 1,8%, ale jest nadal kompresja. Pytanie brzmi " ile? ".
- @EmilioPisanty: zmienił pytanie.
- Ponieważ woda jest cieczą, a ciecze są mniej ściśliwe niż gazy. Jeśli skroplisz wodór lub tlen, ' zobaczysz, że są one ledwie ściśliwe. Lub odparuj wodę (o wiele łatwiej to zrobić), a ' zobaczysz, że jest ściśliwa jak wodór lub tlen.
- Meh. Gazy i ciecze zachowują się inaczej, ponieważ gazy i ciecze zachowują się inaczej. Jest to dość osobna kwestia od pytania, czy składniki wchodzące do wody zachowują się inaczej niż woda (oczywiście). Pomieszanie różnic chemicznych i fazowych w jednym pytaniu powoduje zamieszanie.
Odpowiedź
siła między dwoma (niereagującymi) atomami jest w przybliżeniu określona przez potencjał Lennarda-Jonesa i zmienia się wraz z rozdzieleniem atomów, mniej więcej tak:
(ta grafika pochodzi z artykułu z Wikipedii, do którego linkowałem powyżej). Na diagramie parametr $ \ sigma $ można traktować jako rozmiar atomu, więc wartość na osi $ x $ wynosząca $ r / \ sigma = 1 $ jest punktem, w którym atomy stykają się. Kiedy atomy są daleko od siebie, występuje bardzo niewielkie przyciąganie, ale gdy tylko atomy zetkną się, następuje silne odpychanie i bardzo trudno jest zbliżyć atomy do siebie.
Bądź ostrożny o braniu tego zbyt iteracyjnie, ponieważ atomy są nieco rozmytymi obiektami i nie mają dokładnego rozmiaru. niemniej jednak chodzi o to, że między atomami istnieje pewna odległość, w której nagle zaczynają się silnie odpychać.
Wracając do pytania. W przypadku prawie idealnych gazów, takich jak tlen i wodór, w standardowej temperaturze i ciśnieniu jeden mol (czyli 6,023 $ \ razy 10 ^ {23} $ cząsteczek) zajmuje około 22,4 litra. Oznacza to, że średni odstęp między cząsteczkami wynosi około 3 nm. Rozmiar cząsteczki tlenu jest bardzo przybliżony (nie są one kuliste) 0,3 nm, więc odstępy między cząsteczkami są około 10 razy większe od ich rozmiaru. Na powyższym wykresie znajduje się daleko w prawo, a to oznacza siły między nimi są niskie i bardzo łatwo je połączyć. Dlatego gazy można łatwo skompresować.
Teraz rozważmy wodę. Jeden mol wody (0,018 kg) zajmuje około 18 ml, więc odstęp między cząsteczkami w wodzie wynosi około 0,3 nm – innymi słowy, stykają się one ze sobą. To jest punkt, w którym cząsteczki zaczynają się nawzajem odpychać, co utrudnia ich zbliżenie. Dlatego woda nie jest łatwo skompresowana.
Pytasz o sprężanie mieszaniny (nieprzereagowanego) tlenu i wodoru. Cóż, jeśli wystarczająco skompresujesz tlen, ulega on upłynnieniu, a gęstość ciekłego tlenu wynosi około 1140 kg / m $ ^ 3 $. To sprawia, że odstępy między cząsteczkami tlenu wynoszą około 0,35 nm. Ten odstęp jest mniej więcej taki sam jak rozmiar cząsteczek O $ _2 $, więc trudno jest skompresować ciekły tlen. Możesz powtórzyć to obliczenie dla ciekłego wodoru (gęstość około 71 kg / m $ ^ 3 $) i otrzymujesz bardzo podobny wynik. Właściwie spodziewałbym się, że ciekły wodór będzie bardziej ściśliwy niż ciekły tlen i woda, ponieważ cząsteczka H $ _2 $ jest znacznie mniejsza. Jednak szybki Google nie udało się znaleźć wartości modułu nasypowego ciekłego wodoru.
Odpowiedź
Średnia gęstość ciekłej wody wynosi około 1000 USD kg / m ^ 3 $. Średnia gęstość powietrza wynosi około 1 $ kg / m ^ 3 $. Tak więc woda w stanie ciekłym jest około 1000 razy gęstsza od gazu. Kiedy sprężasz razem wodę w stanie ciekłym, siły molekularne stają się bardzo silne, co powstrzymuje ją przed kompresją bardzo dużo. Jednak w przypadku gazu cząsteczki są tak daleko od siebie, że siły są znacznie mniejsze (głównym powodem, dla którego gazu nie można skompresować, jest energia kinetyczna cząsteczek w gazu).
Komentarze
- Czy średnia gęstość sprężonego wodoru i tlenu to około 1000 $ kg / m ^ 3 $?
- Myślę, że chcesz zapytać, czy jest to około 1 kg / m ^ 3 $ i tak.Powietrze składa się z tych cząstek i jest tą samą fazą. Gęstość powietrza i sprężonego powietrza nie powinna ' zmniejszyć się o więcej niż około rząd wielkości.
- właściwie miałem na myśli, że mieszając tlen i wodór i skompresuj, czy dałoby to taką samą gęstość jak woda?
- @QuoraFea: Dlaczego miałbyś oczekiwać, że będzie taka sama?
- Tylko wtedy, gdy będziesz w stanie ją wystarczająco skompresować zmusić go do zmiany fazy.
Odpowiedź
Podstawowy model gazu, w którym poszczególne cząstki gazu nie oddziałują. Na przykład: między cząsteczkami jest wystarczająco dużo miejsca, aby spędzały większość czasu podróżując po liniach prostych, bez zderzania się ze sobą, tzn. między cząstkami jest dużo przestrzeni. Mając to na uwadze, nie jest zaskakujące, że gaz jest ściśliwy.
Jeśli wystarczająco skompresujesz gaz (i obniżysz temperaturę), w końcu cząstki zbliżą się na tyle blisko, że zaczną się przyciągać, a następnie gaz się obróci w ciecz. Nie można skompresować cieczy tak bardzo po prostu dlatego, że między cząstkami nie ma zbyt dużej przestrzeni.
Podsumowując
Gazy: dużo przestrzeni między cząstkami -> ściśliwe
Ciecze: bardzo mała przestrzeń między cząstkami -> nieściśliwe