¿Cómo puede el aerogel ser más ligero que el aire?

Question

El aire tiene una densidad de aproximadamente $\mathrm{1.3 kg/m^3}$ .

Desde Aerogeles de carbono por Marcus A. Worsley y Theodore F. Baumann :

Aunque los aerogeles de sílice ostentaron durante mucho tiempo el título de "material más ligero del mundo" en $\sim \mathrm{ 1 mg/cm^3}$ Recientemente, los aerogeles de carbono han batido ese récord con una densidad inferior a $\mathrm{200 \mu g/cm^3}$ .

Así, los aerogeles mencionados tendrían densidades de $\sim \mathrm{1 kg/m^3}$ y $\mathrm{0.2 kg/m^3}$ respectivamente.

¿Cómo pueden ser más ligeros que el aire si una parte de ellos es un sólido (sílice o carbono) que es más pesado que el aire?

Answer 1

Aunque el resumen que has citado es una frase cómoda y fácil de entender, es una paráfrasis de otro trabajo citado:

• Sun H., Xu Z., Gao C., "Aerogeles de carbono multifuncionales, ultraligeros y sinérgicamente ensamblados", Adv. Mater. 25 (2013) 2554-2560 .

El documento dice:

La densidad se calculó mediante el peso del contenido sólido sin peso del aire atrapado, dividido por el volumen del aerogel (la densidad medida en el vacío es idéntica a la del aire)

Así que, efectivamente, las otras respuestas son correctas: el aire no se tiene en cuenta en la densidad, presumiblemente para poder comparar los aerogeles de forma objetiva (a pesar de que los que se encuentran a mayor altitud y menor humedad se miden menos densos).

Answer 2

No son más ligeros que el aire (o casi seguro que no lo son). La masa de $1\,\mathrm{m^3}$ de dicho material, en el aire, es $\rho_m f_m + \rho_a (1 - f_m)$ , donde $\rho_m$ es la densidad de la estructura, $\rho_a$ es la densidad del aire, y $f_m$ es la proporción del volumen del material que es estructura y no aire. Creo que $f_m \approx 0.002$ para un aerogel típico. La densidad que citan es entonces $\rho_m f_m$ .

Answer 3

Si se midiera la densidad de un enorme zepelín de leds con un vacío en su interior (como se hace con los aerogeles; el aerogel más ligero hasta ahora es el aerografeno, con una densidad de aproximadamente el 13% del aire) esta densidad podría ser menor que la del aire si el zepelín de leds es lo suficientemente grande. ¿Te imaginas el zepelín de leds flotando cuando se llena de aire?

Answer 4

Parece que están midiendo el peso en vacío.

Bien, prueba esto. Pesas un vaso de cristal abierto. No sólo contiene aire, sino que tiene unas 15 libras de aire por encima de él hasta la cima de la atmósfera. ¿Incluye el peso del vaso de precipitados el peso del aire que hay encima o dentro de él? No. La presión del aire es la misma en todos los lados, y no cuenta.

Si pesas un globo lleno de aire, sólo cuentas el aire que está bajo presión.

Por lo tanto, un aerogel puede ser en su mayor parte un espacio vacío, y el peso del propio aerogel es muy bajo. Pero no es más ligero que el aire, a menos que los espacios vacíos estén llenos de vacío.

Answer 5

Es más ligero que el aire desplaza .

Sin embargo, es no desplaza realmente el aire . El aerogel es un espacio casi totalmente vacío, y el aire es libre de ocupar los huecos del aerogel. Así, el aerogel, en el aire es menos de dos veces la densidad del aire solo.

Si se tratara de envolver el aerogel en plástico y succionar todo el aire, la considerable fuerza de 100 kPa seguramente colapsaría el aerogel. Si el aerogel fuera lo suficientemente fuerte como para evitarlo, entonces sí, se podrían construir dirigibles de espuma de esa manera.