plage de densité des liquides

[minushabens]

bonjour à tous,

y a-t-il des limites théoriques basse et haute pour la densité d'un liquide (aux pression et température de chez nous)? A défaut, quels sont les liquides connus le moins dense et le plus dense?
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[XK150]

Salut ,

Voir tableau : https://www.engineeringtoolbox.com/l...ies-d_743.html

Les essences ( ... celles des pompes ) 0.72 , ou certaines annoncées à 0.711 .
Le mercure : 13.6

[Resartus]

Bonjour,
Du coté lourd, il sera difficile de trouver mieux que les 13,6 du mercure : les alliages métalliques liquides à température ordinaire connus sont tous plus légers (mais il est vrai qu'on a surtout recherché des alliages non toxiques, donc sans métaux lourds. Peut-être en existerait-il à base de transuraniens...)

Les molécules auront aussi du mal à concourir : il faudrait trouver une molécule combinant des atomes très lourds, mais avec des interactions intermoléculaires assez faibles pour que l'état à température et pression ordinaires ne soit pas le solide.
Les fluorures de métaux lourds seraient AMHA les meilleurs candidats. Le pentafluorure d'antimoine a une densité de 3.
L'hexafluorure d'uranium est "presque" liquide : il suffit d'une pression de 1,5 bar pour que le liquide existe à température ordinaire, mais sa densité n'est que de 5 environ.

[minushabens]

merci. Dois-je inférer de vos réponses qu'il n'y a pas de théorie qui prédise ces limites?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Resartus]

Bonjour,

Disons que le fait de se limiter aux pressions et températures normales en fait une question très "conjoncturelle".

Pour revenir sur le liquide le plus dense, en y repensant, il y a plus lourd que le mercure pur : les amalgames de mercure et de métaux très lourds genre or ou osmium sont tous plus denses que le mercure. Pour avoir un champion, il faudrait juste savoir à partir de quelle proportion du métal lourd ils cessent d'être liquides à TPN

Maintenant, du point de vue théorique, si on accepte n'importe quelle pression, la limite supérieure est immense : au moment du big bang, la densité peut être considérée comme infinie, Même en se limitant au moment où les protons commencent à exister, cela doit faire encore beaucoup, mais je n'ai pas de chiffres en tête. Dans l'univers actuel, les étoiles à neutrons doivent être pas mal non plus. Il faudrait demander sur le forum Astrophysique quelles sont les valeurs typiques...

En sens inverse, comme on veut se limiter à des liquides*, cela doit être l'helium 3 liquide avec une densité de 0,059 (inférieur à l'hydrogène liquide qui est à 0,071 et à l'hélium 4 liquide qui est à 0,125)


*Sinon, en trichant un peu, on pourrait dire qu'au dessus du point critique les gaz sont aussi des liquides, et il n'y aurait pas de limite inférieure

[minushabens]

ok je vois. Je comprends que ma question n'est pas très bien posée. Elle m'est venue à la lecture d'une discussion ici où quelqu'un parlait d'un liquide de très faible densité (du genre 1g par litre) et un autre intervenant lui répondait que c'était impossible. Je me demandais s'il y avait une raison théorique sur laquelle s'appuyait cette réponse, ou si c'était juste qu'on n'en connaissait pas.

[Resartus]

Bonjour,

On peut quand même trouver "une petite histoire" théorique pour expliquer pourquoi c'est l'helium 3 qui sera le moins dense :

Déjà, pour qu'on ait un liquide, il faut qu'il y ait une force d'attraction, qui (en tout cas à basse température) permettra de maintenir les atomes au contact, sinon ce serait un gaz.
Les forces en question sont de nature electostatique et elles sont attractives sans limite. La seule chose qui empéche deux atomes de se rapprocher davantage est la répulsion quand on s'approche trop, qui est un phénomène purement quantique. Et cela se matérialise en première approximation
par un "rayon" atomique, qui est au dénominateur de la densité, et va diminuer avec la charge centrale (qu'on peut modéliser par le numéro atomique mais avec un effet d''écran par les électrons présents), et ce numéro atomique détermine aussi la masse de l'atome (en rajoutant les neutrons) qui est au numérateur de la densité.
Pour avoir un minimum de densité, il faut donc chercher dans les atomes les plus légers (rayon plus grand et masse plus faible)
L'hydrogène H2 a un bon dénominateur et un bon numérateur (masse de 2)
L'hélium est a priori moins bien : masse de 4.
Mais apparait un autre phénomène qui est le principe d'exclusion de pauli : deux fermions ne peuvent pas être dans le même état quantique et la distance entre atomes ne peut pas diminuer trop, alors que deux bosons peuvent (théoriquement) se rapprocher et occuper la même position (c'est la condensation de bose einstein)
L'helium 4 est un boson et donc devient plus dense à basse température que ne l'indiquerait son rayon atomique (c'est l'helium superfluide), et par contre l'helium 3 est un fermion, et est moins dense, au point de finir en dessous de l'hydrogène...
Et on ne peut pas faire mieux....

[minushabens]

Ok. Et les molécules comme le fullerene, avec un grand espace vide à l'intérieur, est-ce qu'elles ne seraient pas de bonnes candidates pour former un liquide peu dense?

[Tawahi-Kiwi]

Le mercure : 13.6

Un amalgame d'or ne serait pas plus dense?

[EDIT]

Pour revenir sur le liquide le plus dense, en y repensant, il y a plus lourd que le mercure pur : les amalgames de mercure et de métaux très lourds genre or ou osmium sont tous plus denses que le mercure. Pour avoir un champion, il faudrait juste savoir à partir de quelle proportion du métal lourd ils cessent d'être liquides à TPN

Oups, j'ai pas vu ce message; merci pour la reponse [/EDIT]

T-K

[Resartus]

Bonjour,
Good catch, minusHabens! C'est vrai, puisque la densité du fullerene C60 n'est que de 1,5 alors que celle du graphite est de l'ordre de 2.
Théoriquement, la densité du C540 serait de 0,5 et celle du C2160 de 0,26
Le C540 a été observé, le C2160 pas encore...
Mais AMHA on ne pourra pas sans doute pas aller beaucoup plus loin dans le vide intérieur

[minushabens]

Tu veux dire que si on essaie de synthétiser une sphère plus grande on enfermera forcément des atomes ou des molécules à l'intérieur? ou bien qu'une grosse sphère serait intrinsèquement trop instable?