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1 # 山城雨霽
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2 # 羅思揚
從人的感受來說,氣體、液體看著好像有天壤之別。但從本質上來說,氣體與液體之間,其實沒有涇渭分明的“三八線”。越是從微觀層面考慮,氣、液之間的差別越是模糊。
如果從分子的層面考慮,二者只是分子運動速度、能量不同,導致的形態迥異而已。當液體中的分子能量足夠高時,表面的分子就會“掙脫”其它分子的束縛,成為一個自由自在到處闖蕩的氣體分子。大家感興趣的話,可以去看看《費曼物理學講義》,其中對氣、液態之間的關係有精當的描述。
於是,再回到樓主的問題上,既然氣體、液體只是分子運動的狀態不同,所以對於同一種分子來說,能透過氣體分子的,理論上也應該能透過液體分子,只不過液體分子會受到其它分子的束縛,所以需要施加驅動力才行。
不過,不同的氣體,卻可以透過某些特殊的材料來進行分離,例如利用具有微孔的薄膜。科學家使用沸石、碳、高分子聚合物等材料來分離不同氣體,就是利用這些材料中小到分子尺度的微孔來過濾氣體。
如科學家利用石墨烯薄膜(18nm厚),對氫氣-二氧化碳的混合氣體進行分離。氫氣分子的直徑大約為0.289nm,二氧化碳分子直徑為0.33nm,而石墨烯上的微孔直徑,正好介於0.289-0.33nm之間。因此,比微孔小的氫氣分子,可以更順暢地透過石墨烯薄膜,而尺寸更大的二氧化碳氣體則會受阻,二者透過薄膜的速度相差了近300倍。
這個過程就好比一個瘦子,很輕鬆就透過一個門縫,而一個胖子則需要使勁擠,才能慢慢擠過門縫。而這個門縫,就是石墨烯薄膜上自帶的微孔。
除了利用分子尺寸不同分離氣體,還可以採用不同極性吸附等辦法。那又是另一個有趣的知識點了。
參考濾芯材料,大部分聚氟類有機高分子材料(聚四氟乙烯等)為疏水濾芯,只能透過氣體,不能透過極性液體(包括水,水溶液等),但對大多數有機溶劑的阻擋能力欠佳。而空氣分子比液體分子更分散,並沒有什麼材料能讓液體透過的同時完全完全阻擋氣體透過,只能說有些膜上的液體能在一定溫度和壓強下隔離氣體,但是無法阻止氣體在膜中液體內的擴散。