¿Por qué las cosas no se destruyen por las moléculas de gas que vuelan?

Question

Las moléculas de gas van a una velocidad demencial, y aunque son minúsculas, sin embargo hay MUCHAS. Por supuesto, debido a todas estas moléculas que se precipitan, hay presión de aire Pero si se ve un montón de balas volando por ahí, en realidad no "ejercen presión": rompen cosas . Entonces, ¿por qué no se destruyen cosas con estos mini-torpedos?

Intuyo que la razón por la que no causan estragos es porque no están coordinados, es decir, son aleatorios. También es posible que las cosas no funcionen microscópicamente como lo hacen macroscópicamente.

Answer 1

Cuando se dice "por qué no se hacen las cosas destruido ", es de suponer que quieres decir "por qué no se rompen los enlaces químicos que mantienen unidos los objetos". Ahora bien, podemos determinar la energía necesaria para romper un enlace, lo que se denomina "energía de enlace". Tomemos, por ejemplo, un enlace carbono-carbono, ya que es un enlace común en nuestro cuerpo.

La energía de enlace de un enlace carbono-carbono es $348\,\rm kJ/mol$ que se traduce en $5.8 \cdot 10^{-19}\,\rm J$ por bono. Si una molécula de gas que impacta va a romper este enlace, debe (en un escenario de colisión simplificado) tener al menos esa energía para romper el enlace. Si la molécula media tiene esa energía, podemos calcular cuál debe ser la temperatura del gas:

$$E_\text{average} = k T$$ $$T = \frac{5.8 \cdot 10^{-19}\,\rm J}{1.38 \cdot 10^{-23}\,\rm m^2 kg\, s^{-2} K^{-1}}$$ $$T = 41,580\rm °C$$

¡Eso es muy caliente!

Ahora bien, aunque la molécula media no tenga esa energía, algunas de las que se mueven más rápido podrían tenerla. Calculemos el porcentaje que tiene esa energía a temperatura ambiente utilizando la distribución de Boltzmann para la energía de las partículas:

$$f_E(E) = \sqrt{\frac{4 E}{\pi (kT)^3}} \exp\left(\frac{-E}{kT} \right)$$

La fracción de partículas con energía mayor o igual a esa cantidad debe estar dada por esta integral:

$$p(E \ge E_0) = \int_{E_0}^{\infty} f_E(E) dE$$

En nuestra situación, $E_0 = 5.8 \cdot 10^{-19}\,\rm J$ y esta expresión da como resultado $p(E \ge E_0) = 1.9 \cdot 10^{-61}$ .

Así, la fracción de moléculas a temperatura ambiente con suficiente energía cinética para romper un enlace carbono-carbono es $1.9 \cdot 10^{-61}$ un número asombrosamente pequeño. Para ponerlo en perspectiva, si se llena una esfera del tamaño de La órbita de la Tierra alrededor del Sol con gas a STP, se necesitarían unas 16 de esas esferas para esperar tener siquiera una partícula de gas con esa cantidad de energía.

Por eso estos "torpedos" no destruyen las cosas en general: ¡no se mueven lo suficientemente rápido a temperatura ambiente como para romper los enlaces químicos!

Answer 2

Las cosas realmente hacer ser destruido por lo que esas moléculas de aire recogen y lanzan.

Vea este ejemplo

[imagen de aquí: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Arbol_de_Piedra.jpg ]

Al igual que sus hermanos de mayor tamaño, es la carga de estos mini-torpedos la que provoca la destrucción.

Answer 3

Otra forma de ver esto es que las cosas que serían destruidas por el medio ambiente probablemente ya han sido destruidas, a menos que las atrapes justo en el momento en que están siendo destruidas. Las cosas que ves a tu alrededor son aquellas en las que la energía de enlace era lo suficientemente alta como para que sobrevivieran.

Para hacer una analogía, considere la diferencia entre los cometas y los asteroides. Los cometas pasan la mayor parte de su tiempo lejos del sol, por lo que es más probable que contengan material que se descompondría si se acercara al sol, dando lugar a la cola del cometa. Los asteroides, en cambio, permanecen a una distancia más constante del sol, por lo que cualquier material que pudieran tener alguna vez susceptible de descomponerse ha desaparecido hace tiempo. Decimos que los cometas son "volátiles", pero es sólo una cuestión de grado; los asteroides también se descompondrían si se acercaran mucho más al sol.

O, otra analogía, sería como subir a una alta montaña y preguntarse por qué los animales de allí son capaces de sobrevivir a las frías temperaturas y al escaso aire. Esos animales están allí porque son capaces de sobrevivir a las condiciones.

Por lo tanto, hay muchos materiales que se destruirían con el aire a temperatura ambiente. Sólo que es poco probable que los encuentres porque lo más probable es que ya estén destruidos.

Answer 4

¡¡De hecho, lo hacen!!

Observe lo que le ocurre a un cubito de hielo que se deja en el aire... trillones de partículas de su exterior son arrancadas de su disposición estable, y pronto caen en cascada por los lados: ¡una cascada microscópica!

Así que en este caso tienes razón, pero es sólo la propia superficie exterior de un objeto la que está expuesta al aire y, por tanto, se ve afectada por él.

Recuerde que las sustancias, ya a temperatura ambiente, están compuestas por partículas diminutas que se mueven a velocidades muy altas. Si esto no es suficiente para destrozar la sustancia, el aire no hará mucho.

Dicho esto, sospecho que cuando se corta un objeto, las moléculas de aire abren agujeros en los diminutos picos y peñascos de la superficie recién expuesta, hasta que son arrancados y alisados, pero esto probablemente ocurriría en milisegundos tras la exposición al aire. Me pregunto si hacer esto en el vacío o en un medio más viscoso como el aceite cambiaría los efectos.

Answer 5

Brionius tiene la respuesta correcta, pero hay más que decir. El agua a temperatura ambiente en el aire se evapora lentamente. El agua a temperatura ambiente en el vacío hervirá, como se muestra aquí . Así que estos mini torpedos pueden evitar que se dañen los enlaces químicos.

Las moléculas de agua son polares. Los O están un poco cargados negativamente. Los H son un poco positivos. Los H y los O se atraen entre sí. Las moléculas de agua son pegajosas.

Así es como se forma el hielo. Las moléculas se organizan de forma que los H y los O están cerca unos de otros y forman enlaces relativamente débiles. Las moléculas vibran a velocidades insanas. Pero a bajas temperaturas, no lo suficiente como para romper los enlaces.

A temperaturas más altas, la velocidad de las moléculas más rápidas es suficiente para romper los enlaces. El hielo se funde. En el agua líquida, las moléculas cercanas todavía tienden a organizarse de forma que los H y los O estén cerca unos de otros. Esto mantiene el agua unida como líquido.

El aire alrededor del agua también ayuda. Algunas de las moléculas más rápidas tienen suficiente energía para volar completamente separadas. Lo harían si no fuera porque enseguida chocan con las moléculas de aire. Esto ayuda a mantener el líquido unido.

La temperatura y la presión determinan exactamente la adherencia de las moléculas de agua. En algunos casos, el agua pasa directamente de sólido a gas. Si la presión es alta, el agua sigue siendo líquida incluso a temperaturas de cientos de grados. Esto ocurre en el fondo del océano en las zonas volcánicas. respiraderos hidrotermales .

Este diagrama de fases muestra el comportamiento en diferentes regiones.