等离子|如果将100立方米的水压缩成1立方米,会变成什么?
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我们在上学的时候估计都做过这样的实验 , 拿一根针筒 , 将其前端密封住 , 如果针筒内部是空气的话 , 我们用力挤压针筒的活塞部分 , 那么一开始活塞就会比较轻松地向前端移动 , 随着移动距离的增大 , 所需要按压的力就会越大 。 而如果针筒内事先装的是水 , 我们即使使用很大的力来按压活塞部分 , 针筒内的水也几乎不会发生什么变化 。 同时 , 在日常生活中 , 我们对于石头、砖头这样的固体 , 也很难将其挤压使它们的体积减少 。 为什么会出现“气体容易压缩、而固体和液体很难被压缩”这种情况呢?
无论何种相态的物质 , 其组成的分子之间都会存在着引力和斥力的相互作用 , 其中引力是由万有引力所决定 , 而斥力则是由分子内部原子结构所引发 , 即当两个原子相互靠近时 , 就会因原子核外的电子同电荷属性而提升排斥能力 。 对于气态物质来说 , 由于分子之间的间距非常大 , 而且排列非常松散 , 如果在一个封闭的空间内挤压气体 , 那么分子之间的间距会在外力作用下 , 在原子间斥力没有占据上峰之前 , 会不断地减小 , 所以气体比较容易压缩 。
【等离子|如果将100立方米的水压缩成1立方米,会变成什么?】
对于固体和液体来说 , 它们的分子或者原子之间的间距 , 与气体物质相比低很多 , 而且排列相对规则 , 呈现比较紧致的状态 , 其分子或者原子之间的引力作用与斥力相互平衡 , 所以呈现出相对固定的体积 。 当液体或者固体受到外力挤压时 , 分子或者原子间的间距呈减小趋势 , 那么在同性电荷的排斥作用下 , 极力“阻止”分子或者原子间距的进一步缩小 , 所以我们感受到液体或者固体很难被压缩 。
水作为日常生活中最常见和常用的液体 , 本身也具有上述难以压缩的性质 。 一个氢原子和一个氧原子 , 通过氢氧键连接形成一个水分子 , 两个氢氧化学键之间的夹角为104.5度 。 而相邻的水分子 , 则通过氢键相连 , 虽然氢键的强度没有氢氧键那么强大 , 但由于它的存在 , 水分子之间会形成组成数量不同的“缔合水” , 比如水结成冰以后 , 几乎全部的水分子都会缔合在一起 , 当水温处于0-4摄氏度之间时 , 主要以3个缔合水分子形态存在 , 在4摄氏度上下水的密度最大时 , 主要以2个缔合水分子存在 。 当温度继续升高 , 则是以2个缔合水分子为主体 , 遵循着热胀冷缩的规律 。
在地球海洋深度最大的区域-马里亚纳海沟的底部 , 其压力为1100个左右的标准大气压 , 在这种环境下 , 据监测其海水的密度为1.08克每立方厘米 , 仅比海水的平均密度1.025增加了5% , 这也意味着其体积也仅被压缩了5% 。 而这部分被压缩的空间 , 也仅仅是水分子与水分子之间的“间隙”部分 。 由于水分子间的空间部分本身就比较小 , 所以即使再增加很大的压力 , 对于水整体的体积减小的作用并不是特别明显 。
据测算 , 当处于一个密闭空间内的水受到1亿个大气压的作用时 , 水分子之间的氢键会明显断裂 , 此时水会出现一定程度的体积缩小现象 , 不过这时体积的缩小比例仍然较小 。 如果继续增大外力 , 将会面临一个水分子发生“质变”的临界点 , 那就是外力作用将水分子中的氢氧化学键打破 , 一旦突破这个临界点 , 那么水的组成结构将会发生“翻天覆地”的变化 , 从分子状态变为游离的原子状态 , 而这个临界点所需要的压强 , 据推测至少需要几十亿个大气压 , 所以在现实生活或者现有技术条件下 , 我们根本达不到这样的要求 。
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