Warum werden Dinge nicht durch herumfliegende Gasmoleküle zerstört?

Gasmoleküle bewegen sich mit einer wahnsinnigen Geschwindigkeit, und obwohl sie winzig sind, gibt es dennoch eine Menge von ihnen. Natürlich gibt es Luftdruck , weil all diese Moleküle herumrasen ; Wenn Sie sich jedoch vorstellen, dass viele Kugeln herumfliegen, üben sie nicht wirklich "Druck" aus: Sie zerschmettern Dinge . Warum also werden Dinge nicht von diesen Mini-Torpedos zerstört?

Ich glaube, der Grund, warum sie kein Chaos anrichten, liegt darin, dass sie nicht koordiniert sind, dh sie sind zufällig. Auch die Dinge funktionieren mikroskopisch möglicherweise nicht so, wie sie es makroskopisch tun.

Denken Sie an die Impulse der Gasteilchen.
@ Chris2807 Ja, aber denken Sie daran, dass die Luft auf Meereshöhe etwa eine Tonne Druck auf Ihren Körper ausübt.
das ist nicht wirklich relevant. Der Luftdruck ist ziemlich gleichmäßig, so dass im Allgemeinen keine Nettokräfte auf Körper wirken. Wenn Sie Ihre Frage wirklich verstehen möchten, sehen Sie sich den durchschnittlichen Impuls für ein Boltzmann-verteiltes Gas und den Impuls einer Kugel an.
Kugeln würden nicht so wehtun, wenn sie aus dem gleichen Material wären wie die Kugeln. Du bist aus dem gleichen Stoff wie die Luft.
Wir alle wissen, dass Luftdruck (durch all diese winzigen Kollisionen) Dinge zerstören kann, aber um es konkreter zu machen, hier ist ein Bild eines Waggons, der zerquetscht wurde, als die Luft aus dem Inneren herausgenommen wurde: i.ytimg.com/vi/Zz95_VvTxZM/ hqdefault.jpg
@jameslarge: Äh ... nein? Beide Sätze sind falsch oder zumindest irreführend. Eine Kugel aus Fleisch würde Fleisch ziemlich viel Schaden zufügen, Kugeln aus Metall würden Zielen aus Metall ziemlich viel Schaden zufügen, und die Zusammensetzung eines Menschen unterscheidet sich stark von der Zusammensetzung der Luft.
Es gibt feste Materialien, die bei normalen Temperaturen durch den Aufprall von Luftmolekülen schnell zerstört werden können. Und hier in der Gegend waren sie es.
@ Chris2807 Also ... wenn Kugeln theoretisch zufällig in alle Richtungen geschossen würden ... würden sie nur Druck ausüben?
@hyperluminal haha, das ist nicht der Punkt, den ich machen wollte. Ich sagte, dass ein Teil des Grundes, warum wir unter den Kräften des Luftdrucks nicht zusammenbrechen, darin besteht, dass im Inneren unseres Körpers ein ungefähr gleicher Druck nach außen ausgeübt wird.
@ Chris2807 Das Abfeuern vieler Kugeln auf die andere Seite der Wand wird also einen entgegengesetzten Druck auf die andere Seite der Wand ausüben ... und ihn unterstützen?
@HyperLuminal Wenn Sie einen ausreichend großen Bereich der Wand abtasten, ja. Die Kugeln haben jedoch genug kinetische Energie, um die meisten Dinge zu verformen, sodass die Wand schließlich zusammenbrechen würde. Der Unterschied zwischen den beiden Szenarien wird in der Antwort von Brionius perfekt erläutert.
@ user2357112 Sie bestehen aus Molekülen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen bestehen. Luft besteht aus Molekülen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffatomen bestehen.
@ user2357112 Ich gebe zu, meine Analogie war schwach. Ich hätte sagen sollen, wenn du aus Billionen von Billionen von Billionen unzerstörbarer Kugeln bestündest. Die kinetische Energie eines Luftmoleküls ist sehr gering im Vergleich zu der Energiemenge, die benötigt wird, um ein Molekül auseinanderzubrechen.
Dies wäre auch ein fantastisches xkcd-Was-wäre-wenn :)
@RobAu Sehr wahr. :)

Antworten (5)

Wenn Sie sagen "Warum werden Dinge nicht zerstört ", meinen Sie vermutlich "Warum werden die chemischen Bindungen, die Objekte zusammenhalten, nicht aufgebrochen". Jetzt können wir die Energie bestimmen, die benötigt wird, um eine Bindung zu brechen – das nennt man die „Bindungsenergie“. Nehmen wir zum Beispiel eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, da sie in unserem Körper weit verbreitet ist.

Die Bindungsenergie einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist 348 k J / m Ö l , was funktioniert 5.8 ⋅ 10 − 19 J pro Anleihe. Wenn ein auftreffendes Gasmolekül diese Bindung brechen soll, muss es (in einem vereinfachten Kollisionsszenario) mindestens so viel Energie haben, um die Bindung zu brechen. Wenn das durchschnittliche Molekül so viel Energie hat, können wir berechnen, wie hoch die Temperatur des Gases sein muss:

E Durchschnitt = k T
T = 5.8 ⋅ 10 − 19 J 1.38 ⋅ 10 − 23 m 2 k g s − 2 K − 1
T = 41 , 580 ° C

Das ist ziemlich heiß!

Nun, selbst wenn das durchschnittliche Molekül diese Energie nicht hat, einige der sich schneller bewegenden könnten es tun. Lassen Sie uns den Prozentsatz berechnen, der diese Energie bei Raumtemperatur hat, indem wir die Boltzmann-Verteilung für Teilchenenergie verwenden:

f E ( E ) = 4 E π ( k T ) 3 exp ⁡ ( − E k T )

Der Anteil der Teilchen mit einer Energie, die größer oder gleich diesem Betrag ist, sollte durch dieses Integral angegeben werden:

p ( E ≥ E 0 ) = ∫ E 0 ∞ f E ( E ) d E

In unserer Situation, E 0 = 5.8 ⋅ 10 − 19 J , und dieser Ausdruck ergibt p ( E ≥ E 0 ) = 1.9 ⋅ 10 − 61 .

Also der Anteil an Molekülen bei Raumtemperatur mit ausreichender kinetischer Energie, um eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung aufzubrechen 1.9 ⋅ 10 − 61 , eine erstaunlich kleine Zahl. Um das ins rechte Licht zu rücken: Wenn Sie eine Kugel von der Größe der Erdumlaufbahn um die Sonne mit Gas bei STP füllen würden, bräuchten Sie etwa 16 dieser Kugeln, um zu erwarten, dass auch nur ein Gasteilchen mit dieser Energiemenge vorhanden ist.

Deshalb zerstören diese "Torpedos" im Allgemeinen keine Dinge - sie bewegen sich bei Raumtemperatur nicht schnell genug, um chemische Bindungen aufzubrechen!

Aber ist diese Bindungskraft nicht viel stärker als die schwache zwischenmolekulare Kraft, die viele Substanzen zusammenhält? Wenn ich etwas Weiches schneide, schneide ich normalerweise keine starken Bindungen, sondern eher schwächere intermolekulare Bindungen? Das würde also immer noch als Zerstörung gelten, wenn ein Luftmolekül ein ganzes Molekül von einer größeren Struktur abbrechen könnte?
Ja, aber sogar intermolekulare Kräfte sind stark genug, um den meisten Kollisionen mit Luftmolekülen zu widerstehen. Ich meine, ich kenne die Zahlen nicht aus dem Stegreif, aber es muss so funktionieren, sonst gäbe es keine Objekte, wie wir sie kennen ;-) Also brauchst du vielleicht nur eine Luftkugel von der Größe von, ich nicht wissen, der Mond, um ein Luftmolekül schnell genug zu bewegen, um eine intermolekulare Bindung aufzubrechen, anstatt 16 erdumlaufbahngroße Kugeln. Und außerdem zählt das Abbrechen eines Moleküls von etwas kaum als dessen Zerstörung.
@DavidZ Ganz zu schweigen davon, dass viele solcher Fälle wahrscheinlich einfach dazu führen würden, dass sich das getrennte Molekül in der Nähe anlagert - es würde immer noch dazu neigen, die Gesamtenergie des Systems zu minimieren.
@Brionius Erstaunliche Antwort. Jetzt habe ich einige Anschlussfragen: Warum üben sie dann so viel Druck (14,7 Pascal auf Meereshöhe) aus? Ich nehme an, sie machen nichts kaputt, aber das ist eine Menge Druck. Kommt es von der Schwerkraft, die die Luft nach unten zieht, oder von ihrer Geschwindigkeit? Und könnten Sie diese Gleichung näher erläutern, wie viel Energie Sie benötigen, um eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung zu brechen?
@HyperLuminal selbst eine Tasse Luft bei Raumtemperatur enthält etwa eine Milliarde Billionen Gasmoleküle ; Die Kollisionen, die den Druck ausmachen, sind winzig, aber unglaublich häufig. Auf Ihre Frage, ob der Druck von der Schwerkraft oder der Geschwindigkeit herrührt, lautet die Antwort "beides und keines". Es wird am besten als eine ganz andere Frage behandelt.
@hobbs Woher kommt es dann?
"Woher kommt der Luftdruck" ist wirklich eine separate Frage, die nicht in einem Kommentarthread beantwortet werden sollte - schreiben Sie eine andere Frage und ich bin mir sicher, dass sie beantwortet wird.

Dinge werden tatsächlich zerstört durch das, was diese Luftmoleküle aufnehmen und herumwerfen.

Schauen Sie sich dieses Beispiel anFelsen

[Bild von hier: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Arbol_de_Piedra.jpg ]

Genau wie bei ihren größeren Brüdern ist es die Ladung dieser Mini-Torpedos, die die Zerstörung bringt.

Diese werden durch umherfliegende mikroskopisch kleine Gesteine ​​zerstört , nicht durch die Gasmoleküle selbst.
@MooingDuck Er hat genau das gesagt
@MauganRa: Aber das OP hat das nicht gefragt .
Genauer gesagt spricht er über die Bewegung von Gas, wenn es sich im Inneren eines geschlossenen Raums befindet. Dies ist Luft, der durch die Phänomene, die Wind verursachen, zusätzliche kinetische Energie verliehen wurde.
@Schilcote Ich bin mir nicht sicher, ob es darum geht, sich per se in einem geschlossenen Raum zu befinden , aber die Frage stellt sich sicherlich nach Effekten, die durch die zufällige Bewegung einzelner Moleküle verursacht werden, nicht nach Effekten, die durch die Massenbewegung des Gases verursacht werden, das Gesteinsbrocken aufnimmt.
@Name Was Muh-Ente gesagt hat. Das trifft nicht zu.
@MauganRa Ich sagte Gas, keine Steine.
@HyperLuminal Sie verwenden in Ihrer Frage das Gleichnis von Gasmolekülen und Kugeln, um zu veranschaulichen, dass sie sich nicht gleich verhalten (die gleiche Zerstörung verursachen), aber Sie lehnen es ab, kleine Steine ​​​​und Gasmoleküle meiner Antwort in irgendeiner Weise als vergleichbar zu betrachten . Indem Sie mein Gleichnis (oder vielmehr die Realität) bestreiten, bestreiten Sie auch das in Ihrer Frage. Wenn Gasmoleküle keine kleinen Felsen sind, dann sind sie sicherlich auch keine kleinen Kugeln. QED
Aber die Gasmoleküle haben genug Energie, um kleine Steine ​​zu bewegen, die größere Steine ​​beschädigen. Sicher, die Gasmoleküle selbst verursachen nicht die Zerstörung (was das OP gefragt hat), aber auf indirekte Weise tun sie es. Ich finde diese Antwort trotzdem hilfreich.
@Name Wenn Sie die Prämisse der Frage bestreiten möchten, verwenden Sie einen Kommentar. Antworten sind für Antworten.
@Paddling Ghost Ich werde auf einen Fehler hinweisen, den du gemacht hast. Obwohl es logisch erscheint, dass es die Luft ist, die die Kraft zum Sprengen der Steine ​​liefert, ist sie es in Wirklichkeit NICHT. Selbst in STILL-Luft bewegen sich Gasmoleküle mit wahnsinniger Geschwindigkeit. Ihre Kollisionen sind das, was sie effektiv negiert und ihre Kraft ausgleicht, um einen konstanten Druck bereitzustellen. Die Kraft, die im Gegensatz dazu die Steine ​​aufhebt, ist WIND. Meine Frage war, warum werden wir nicht von der Kraft der Moleküle in der STILLEN LUFT zerrissen. Habe ich mich klar ausgedrückt.

Tatsächlich tun sie das!!

Beobachten Sie, was mit einem Eiswürfel passiert, der in der Luft zurückbleibt ... Billionen von Partikeln seiner Außenseite werden aus ihrer stabilen Anordnung gerissen und bald stürzen sie an den Seiten herunter - ein mikroskopisch kleiner Wasserfall!

In diesem Fall haben Sie also Recht, aber es ist nur die äußerste Oberfläche eines Objekts, die der Luft ausgesetzt und somit von ihr beeinflusst wird.

Denken Sie daran, dass Substanzen bereits bei Raumtemperatur aus winzigen Teilchen bestehen, die sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten bewegen. Wenn dies nicht ausreicht, um die Substanz auseinanderzureißen, wird die Luft nicht viel ausrichten.

Allerdings vermute ich, dass die Luftmoleküle, wenn man durch ein Objekt schneidet, tatsächlich Löcher in die winzigen Spitzen und Felsen auf der neu freigelegten Oberfläche reißen, bis sie abgerissen und geglättet werden – aber dies würde wahrscheinlich innerhalb von Millisekunden geschehen der Luft ausgesetzt. Ich frage mich, ob dies in einem Vakuum oder in einem viskoseren Medium wie Öl die Wirkung verändern würde.

Falsch. Eiswürfel schmelzen durch die Hitze. Wenn Sie einen Eiswürfel bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt platzieren, bleibt er intakt, obwohl sich Gasmoleküle immer noch mit extrem hohen Geschwindigkeiten bewegen. Und wenn nur das Äußere freigelegt ist, sollten wir gemäß Ihrer Logik damit rechnen, dass alles um uns herum abgenutzt und zerstört wird.
"Eiswürfel schmelzen wegen der Hitze." Nun, sie schmelzen aufgrund der Wärmeübertragung . Ein Mechanismus der Wärmeübertragung ist Wärmeleitung. Und im Fall eines Eiswürfels (der im Vergleich zu Luft ziemlich dicht ist) wird die Leitung ziemlich schön als eine Wolke von Kugeln visualisiert, die herumsaust und gegen eine Wand aus vibrierenden Magnetsteinen prallt, sie aus der Position schlägt und sie mehr vibrieren lässt heftig, bis sie in der Lage sind, weit von ihrer ursprünglichen Position wegzuwandern. Die Geburt einer Flüssigkeit!
„Wenn Sie einen Eiswürfel bei Minusgraden platzieren“, dann bewegen sich die Gasmoleküle immer noch sehr schnell, aber nicht so schnell wie bei Raumtemperatur. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit richten Kugeln weniger Schaden an, je leichter sie sind, und Gasmoleküle sind SEHR leicht. Unterhalb des Gefrierpunkts reicht der angerichtete Schaden nicht aus, um ein Schmelzen zu verursachen. Beachten Sie auch, dass die Temperatur des Gases über dem Gefrierpunkt die Schmelzrate beeinflusst, so dass erwartungsgemäß je schneller die "Kugeln" reisen, desto mehr "Schaden" entsteht.
"Wenn nur das Äußere freigelegt ist, sollten wir damit rechnen, dass alles um uns herum abgenutzt und zerstört wird" - das habe ich nie vorgeschlagen! Tatsächlich geht es in meinem Beitrag darum, dass die Analogie "Zerschmettern von Kugeln" unter bestimmten Umständen gut funktioniert, z . B. wenn das betreffende Objekt kälter als die Luft ist. Ich wollte, dass dies ein Sprungbrett ist, um zu verstehen, warum Luft nicht einfach alle Objekte in Staub verwandelt. Darauf gehe ich in meinem vorletzten Absatz ein.
Warum also schmilzt Wasser mit einer so hohen gegenseitigen Anziehungskraft, wenn andere kalte Dinge dies nicht tun?
Wasser hat eine hohe Wärmekapazität (es muss viel Wärmeenergie zugeführt werden, um die Temperatur um 1 Grad zu erhöhen). All diese Energie muss irgendwohin gehen; Anstatt die Wassermoleküle schneller herumfliegen zu lassen, geht ein Großteil davon in die Überwindung der Dipolkräfte, die die Wassermoleküle zusammenhalten. Es ist wichtig zu erkennen, dass Schmelz- und Siedepunkte, obwohl scheinbar einfach, durch sehr komplexe Wechselwirkungen auf molekularer Ebene bestimmt werden. Sie werden sowohl von einfachen Dingen wie der Molekülmasse als auch von komplexen Dingen wie Kristallstruktur, Molekülform, gerichteten Bindungen, Verunreinigungen usw. beeinflusst.

Brionius hat die richtige Antwort, aber es gibt noch mehr zu sagen. Wasser bei Raumtemperatur an der Luft verdunstet langsam. Wasser bei Raumtemperatur im Vakuum kocht, wie hier gezeigt . So können diese Mini-Torpedos Schäden an chemischen Bindungen verhindern.

Wassermoleküle sind polar. Die O's sind etwas negativ geladen. Die H's sind ein wenig positiv. Die H's und O's fühlen sich zueinander hingezogen. Wassermoleküle sind klebrig.

So bildet sich Eis. Die Moleküle ordnen sich so an, dass H und O nahe beieinander liegen und relativ schwache Bindungen bilden. Die Moleküle vibrieren mit wahnsinniger Geschwindigkeit. Aber bei niedrigen Temperaturen nicht genug, um die Bindungen zu brechen.

Bei höheren Temperaturen reicht die Geschwindigkeit der schnelleren Moleküle aus, um Bindungen aufzubrechen. Das Eis schmilzt. In flüssigem Wasser neigen benachbarte Moleküle immer noch dazu, sich so anzuordnen, dass H und O nahe beieinander liegen. Dadurch wird das Wasser als Flüssigkeit zusammengehalten.

Luft um das Wasser hilft auch. Einige der schnelleren Moleküle haben genug Energie, um vollständig auseinanderzufliegen. Das würden sie, außer dass sie sofort auf Luftmoleküle stoßen. Dies hilft, die Flüssigkeit zusammenzuhalten.

Wie gut Wassermoleküle genau zusammenhalten, wird durch Temperatur und Druck bestimmt. In einigen Fällen geht Wasser direkt von fest zu gasförmig über. Bei hohem Druck bleibt Wasser auch bei Temperaturen von mehreren hundert Grad flüssig. Dies geschieht auf dem Meeresboden an vulkanischen Hydrothermalquellen .

Dieses Phasendiagramm zeigt das Verhalten in verschiedenen Regionen.

Phasendiagramm

Also im Grunde genau wie ich schon sagte, richtig? Ich sagte, statt eines konzentrierten Aufpralls ist es ein verteilter Druck.
Ja und nein. Wenn Sie von einem ausgedehnten Gebiet sprechen, ja. Wenn Sie davon sprechen, dass einzelne Moleküle nicht verdampfen, werden sie durch einzelne Stöße zurückgehalten. Aber Sie haben Recht, dass Kugeln dafür eine zu starke Analogie sind.

Eine andere Sichtweise ist, dass Dinge, die durch die Umwelt zerstört würden, wahrscheinlich bereits zerstört wurden, es sei denn, Sie erwischen sie genau in dem Moment, in dem sie zerstört werden. Die Dinge, die Sie um sich herum sehen, sind diejenigen, bei denen die Bindungsenergie hoch genug war, dass sie überlebt haben.

Um eine Analogie zu nehmen, betrachten Sie den Unterschied zwischen Kometen und Asteroiden. Kometen verbringen die meiste Zeit weit entfernt von der Sonne, daher enthalten sie eher Material, das sich zersetzen würde, wenn es in die Nähe der Sonne gebracht würde, was zum Kometenschweif führen würde. Asteroiden hingegen bleiben in einem konstanteren Abstand zur Sonne, so dass jegliches Material, das sie möglicherweise einmal hatten und das sich zersetzen könnte, längst verschwunden ist. Wir sagen, Kometen sind „flüchtig“, aber es ist nur eine Frage des Grades; Asteroiden würden sich ebenfalls zersetzen, wenn sie der Sonne viel näher kämen.

Oder, eine andere Analogie, es wäre, als würde man auf einen hohen Berg steigen und sich fragen, warum die Tiere dort die Kälte und die dünne Luft überleben können. Diese Tiere sind dort, weil sie in der Lage sind, die Bedingungen zu überleben.

Es gibt also viele Materialien, die durch Luft mit Raumtemperatur zerstört würden. Es ist nur unwahrscheinlich, dass Sie ihnen begegnen, da sie wahrscheinlich bereits zerstört wären.

Bedeutet dies, dass alles, was mit der Luft in Kontakt kommt, eine hohe Bindungsenergie hat?
Warum werden Dinge nicht durch herumfliegende Gasmoleküle zerstört?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v