我们能把气体压缩成固体吗?

我们需要改变温度吗?
2023年6月9日

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长满霜冻植物的田地

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问题

阿库拉写信问:“我们能把气体压缩成固体吗?”

回答

这是一个有趣的问题。它的意思是我们能否绕过物质从气体转化为固体时通常要经过的中间步骤。中间的阶段,当然是液相。


通常,当气体的温度降低到它的分子或原子聚集在一起时,它们就形成了液体。这就是所谓的冷凝。同样,当我们将液体的温度降低到使其分子和原子更接近的程度时,它们就形成了固体。太冷了。


在气态水蒸气结晶成冰或霜的情况下,我们确实观察到这种绕过中间商的过程,这一过程被称为沉积。但你的问题,阿库拉,具体说明了我们是否可以物理地将气体压缩成固体,而忽略温度作为一个因素。我需要一些帮助来弄清这个问题的真相。幸运的是,我已经招募了科学传播者和节目的朋友戴夫·安塞尔来帮我提供答案……


简而言之,阿库拉,答案是肯定的,但当你在压缩后减少压力时,你的材料可能就不一样了。在小范围内,固体只是一堆原子或分子粘在一起。如果你快速压缩气体,施加很大的压力,总是会有一些原子进入气体中,而另一些原子又粘了回来。温度越高,每秒钟离开的原子越多,压力越高,加入的原子越多。所以当你增加压强时更多的原子加入而不是离开你就会形成固体,尽管总是会有一些原子留在气相。


如果你在液体可以存在的压力和温度下,情况会变得更复杂,但对于大多数液体,如果你把它们压扁,它们最终会冻结。即使是水冰,当你挤压它时它也会融化,有一些冰的密度比水大,这些冰是在超过1万个大气压的极端压力下形成的,所以它最终会起作用。


另一个复杂的因素是,如果你压缩气体或大多数液体,它们会变得更热,这使得它们更难形成固体,但如果你足够用力,它们最终会凝固。


所以如果你足够用力挤压几乎任何东西都会形成固体但是对于很多材料如果你对它们施加这样的温度和压力它们可能会发生化学变化所以它们可能和开始时不一样。


所以,阿库拉,是的,气体确实可以不先变成液体就变成固体,尽管这种情况很少见。制造能够将气体压缩成固体的条件更加困难,但这是可能的。谢谢你寄过来。

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