¿Qué hace que los dos gases sean compresibles, pero no se aplica a un líquido como el agua?
Comentarios
- Es ' importante tener en cuenta que el agua puede comprimirse, pero en mucha menor medida que el aire. Su módulo de volumen (aproximadamente, la presión necesaria para provocar una disminución apreciable del volumen) es 10.000 veces mayor que el aire, pero aún así es finito. Por lo tanto, por ejemplo , incluso en los océanos profundos a 4 km de profundidad, donde las presiones son de 40 MPa, solo hay una disminución del 1.8% en el volumen, pero hay todavía compresión. La pregunta es " ¿cuánto? ".
- @EmilioPisanty: cambió la pregunta.
- Porque el agua es un líquido y los líquidos son menos comprimibles que los gases. Licúa hidrógeno u oxígeno y ' verás que también son apenas comprimibles. O vaporice el agua (mucho más fácil de hacer) y ' verá que es comprimible como el hidrógeno o el oxígeno.
- Meh. Los gases y los líquidos se comportan de manera diferente porque los gases y los líquidos se comportan de manera diferente. Este es un tema bastante diferente de preguntar si los componentes que van al agua se comportan de manera diferente al agua (por supuesto que lo hacen). Mezclar las diferencias químicas y las diferencias de fase en una pregunta te deja con un lío confuso.
Respuesta
El La fuerza entre dos átomos (que no reaccionan) viene dada aproximadamente por el potencial de Lennard-Jones , y esto varía con la separación de los átomos algo como esto:
(esta imagen es del artículo de Wikipedia que vinculé arriba). En el diagrama, el parámetro $ \ sigma $ se puede considerar como el tamaño del átomo, por lo que el valor en el eje $ x $ de $ r / \ sigma = 1 $ es el punto donde los átomos entran en contacto. Cuando los átomos están muy separados, hay una atracción muy leve, pero tan pronto como los átomos entran en contacto, hay una fuerte repulsión y es muy difícil empujarlos más juntos.
Tenga cuidado. sobre tomar esto de manera demasiado iteral, ya que los átomos son objetos algo borrosos y no tienen un tamaño exacto. sin embargo, el punto sigue siendo que existe una distancia entre los átomos en la que de repente comienzan a repelerse fuertemente entre sí.
Ahora volvamos a su pregunta. Para gases casi ideales como el oxígeno y el hidrógeno a temperatura y presión estándar, un mol (es decir, $ 6.023 \ veces 10 ^ {23} $ moléculas) ocupa aproximadamente 22,4 litros. Esto significa que el espaciado promedio entre moléculas es de alrededor de 3 nm. El tamaño de una molécula de oxígeno es muy aproximado (no son esféricas) 0.3 nm, por lo que el espacio entre las moléculas es aproximadamente 10 veces su tamaño. Eso está muy a la derecha en el gráfico de arriba, y significa las fuerzas entre ellos son bajos y es muy fácil juntarlos. Por eso los gases se pueden comprimir fácilmente.
Ahora considere el agua. Un mol de agua (0.018 kg) ocupa aproximadamente 18 ml, por lo que el espacio entre las moléculas en el agua es de aproximadamente 0,3 nm; en otras palabras, están en contacto entre sí. Este es el punto en el que las moléculas comienzan a repelerse entre sí y eso dificulta acercarlas. Por eso el agua no se comprime fácilmente.
Usted pregunta acerca de la compresión de una mezcla de oxígeno e hidrógeno (sin reaccionar). Bueno, si se comprime el oxígeno lo suficiente, se licua, y la densidad del oxígeno líquido es de aproximadamente 1140 kg / m $ ^ 3 $. Esto hace que el espacio entre las moléculas de oxígeno sea de aproximadamente 0,35 nm. Este espacio es aproximadamente el mismo que el tamaño de las moléculas de O $ _2 $, por lo que es difícil comprimir el oxígeno líquido. Puedes repetir este cálculo para hidrógeno líquido . (densidad de alrededor de 71 kg / m $ ^ 3 $) y obtiene un resultado muy similar. En realidad, esperaría que el hidrógeno líquido sea más compresible que el oxígeno líquido y el agua porque la molécula de H $ _2 $ es significativamente más pequeña. Sin embargo, una rápida búsqueda de Google no pudo encontrar valores para el módulo de volumen del hidrógeno líquido.
Respuesta
La densidad promedio del agua líquida es de aproximadamente 1000 $ kg / m ^ 3 $. La densidad promedio del aire es de aproximadamente $ 1 kg / m ^ 3 $. Por lo tanto, el agua líquida es aproximadamente 1000 veces más densa que el gas. Cuando se comprime el agua líquida, las fuerzas moleculares se vuelven muy fuertes impidiendo que se comprima Sin embargo, para un gas, las moléculas están tan separadas que las fuerzas son mucho menores (la razón principal por la que un gas no se puede comprimir es debido a la energía cinética de las moléculas en el gas).
Comentarios
- ¿Es la densidad promedio de hidrógeno y oxígeno comprimidos algo así como 1000 $ kg / m ^ 3 $?
- Creo que quieres preguntar si es algo como $ 1 kg / m ^ 3 $ y sí.El aire está compuesto por estas partículas y es la misma fase. Las densidades de aire y aire comprimido no deben ' diferir en más de un orden de magnitud.
- De hecho, quise decir que si mezclas oxígeno e hidrógeno y comprimirlo, ¿daría como resultado la misma densidad que el agua?
- @QuoraFea: ¿Por qué esperarías que fuera igual?
- Solo si pudieras comprimirlo lo suficiente para forzarlo a sufrir un cambio de fase.
Respuesta
El modelo básico de un gas que las partículas de gas individuales no interactúen. Como en: hay suficiente espacio entre las moléculas, de modo que pasan la mayor parte del tiempo viajando en línea recta, sin chocar entre sí, es decir, hay mucho espacio entre las partículas. Con esto en mente, «No es sorprendente que un gas sea compresible.
Si comprime el gas lo suficiente (y baja la temperatura), eventualmente las partículas se acercarán lo suficiente como para que comiencen a atraerse entre sí, y luego el gas se convertirá en un líquido. No se puede comprimir un líquido tanto simplemente porque no hay tanto espacio entre partículas.
En resumen
Gases: mucho espacio entre partículas -> compresible
Líquidos: muy poco espacio entre partículas -> no comprimible