02.12 只要壓力足夠大水就能隨意壓縮嗎?

只要壓力足夠大水就能隨意壓縮嗎?

過去回答過水無法壓縮100萬倍的問題,也就是把1個立方米水壓縮到1立方厘米。但有人又提出能不能壓縮到百分之一的體積呢?這回是說把100立方米的水壓縮到1個立方米,好像壓縮倍數小多了,應該容易些。但這些都是無法做到的,因為物質都有其本質屬性,並不是說只要壓力足夠大,就會無限的變小。

下面我們就來詳細分析一下為什麼水無法被壓縮顯著的改變體積,也就是無法較大的改變其密度。

一般的壓力完全無法改變水的密度,在巨大的壓力下,水分子會分解,化學鍵斷裂,分解成氧和氫分子,這時就不是水了。

海水的密度為1.03,在萬米深海中達到1000多個大大氣壓,密度並沒有多大改變。因為水的密度與水溫關係更大,攝氏4度時,水密度是最大的,所以深海的水有時還沒有淺海密度大。

要把水壓縮到百分之一將導致水分子的分解,地球上沒有這麼大的壓力,人類也無法制造出這麼大的壓力,因此水永遠也無法壓縮到百分之一體積。

人們在確定物質的密度(比重)時,把水的密度確定為1,根據溫度和水裡含有的物質不同,大自然中的水比重在1上下浮動。

這個1就是代表1立方厘米的水為1克,1立方厘米就是1毫升。1立方米的水為100萬毫升,就是100萬克,1噸重。所以我們在買液體物質時常常用升(L)來衡量,1升就是1000毫升,一瓶酒500毫升,也就相當500克,就是1斤。當然乙醇的密度為0.789,我們平時喝的白酒裡面含有百分之幾十的乙醇,因此500毫升就沒有1斤。

只要壓力足夠大水就能隨意壓縮嗎?

水在壓力下會升溫,因此在壓力實驗中,需附以外部設備降溫。

隨著不斷的加壓,水會有如下表現:

當水在100個大氣壓時,液態水會處於冰凍狀態;壓力增至3445個大氣壓時,同時溫度降低到-100度(攝氏度,後同),會形成高壓冰,分子間距縮小;高壓冰隨著壓力增加,會達到六方晶體,水分子間隙越來越小,密度增加。

但這種密度增加是很微弱的,因此體積縮小不了多少,一般可以忽略不計。

這時如果再增加壓力,幾百萬到上億壓力,這種變化也很微弱,一直到水分子化學鍵斷裂壓碎,氫分子、氧分子也被壓碎,氫原子和氧原子成為遊離態,甚至核外電子逃離成為自由電子,核聚變可能會被激發。

但這時,水早就不是水了,而是氫原子和氧原子的混合氣體了,這種氣體在高壓下很可能是一種原子湯稠密半流體狀態。有人認為這個壓力極限在幾十億個大氣壓。

人類在製造金屬氫時達到了325萬個大氣壓,這是迄今為止人類能夠達到的最高壓力,因此上述水在幾百萬以上高壓下的表現實際上是一個理論值。

只要壓力足夠大水就能隨意壓縮嗎?

因此水被壓縮100倍的狀態是不存在的,不可能存在100立方米水壓縮成1立方米的物質。

水的壓縮狀態會有一個質變過程,在壓力臨界點之前,體積變化很小,一旦突破了這個臨界點,水就不是水了,狀態和體積都會發生劇變。但如果一定要說壓縮100倍後是個什麼狀態,只能說這個物質從過去每立方米1噸的水變成了100噸,這個密度在宇宙天體中根本算不了什麼。

當我們太陽的末日,變成白矮星的時候,這個密度就比這個大多了,還要增加10萬倍以上。100立方米水壓成1個立方米,只不過壓縮了100倍,1個立方米水由過去的1噸變成了100噸,1個立方厘米密度才有100克重,而白矮星上的物質1個立方厘米卻有1~10噸重。中子星上物質的密度1個立方厘米有10~20億噸重。

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