Si el aerografito es más liviano que el aire, ¿por qué no flota?

El aire es 6 veces más denso que el aerografito, pero al mirar imágenes o videos que presentan el material, lo veo descansando sobre mesas en lugar de elevarse hasta el techo.
Además, dado que el material está hecho de nanotubos de carbono, supongo que hay espacios vacíos entre esos tubos. ¿Por qué esos espacios no están ocupados por aire?

Respuestas (3)

Tus dos preguntas están conectadas. Hay una gran cantidad de espacio vacío en el aerografeno (y otros aerogeles). Sin embargo, este espacio está lleno de aire, y precisamente porque está lleno de aire, no flota.

Esto se debe a que la densidad informada es la densidad que tendría el material si se aspirara el aire (es decir, en el vacío), y es tan baja porque el material es extremadamente poroso. Pero en la atmósfera, el aire llena el inmenso espacio vacío. El volumen efectivo de aire desplazado por el aerografito ahora ocupa solo el volumen de los nanotubos constituyentes del aerografito, que es extremadamente pequeño. El diminuto peso de este aire desplazado presenta la fuerza de flotación , que no es suficiente para contrarrestar el peso de la estructura. Efectivamente, debido a que es tan poroso, la densidad del aerografito aumenta cuando no está en el vacío.

Por otro lado, dado que se sabe que el grafeno no es permeable para los átomos , si succionas el aire del aerografeno y lo encierras en grafeno, y si el aire exterior no aplasta todo para que su densidad supere la de aire, de lo que el globo resultante podría flotar.

¿Cómo evitaría que flote el aerografeno con aire? Su densidad es aún menor que el aire.
El aerografito desplazaría efectivamente el volumen de aire igual a la suma de los volúmenes de todos los nanotubos que componen el aerografito (todo lo demás se llenaría de aire). La fuerza de flotación entonces sería igual al peso del aire que ocupa ese volumen.
Esto sería menor que el peso de la estructura, especialmente considerando la densa composición de los nanotubos de los que se compone el aerografito. En otras palabras, no flotaría, ya que toda la estructura es más densa que el aire.
@udiboy Es el vacío lo que flota, no las cosas duras. Es un error común pensar que una aspiradora no flota... si de alguna manera puedes encapsularla.
Una analogía: ¿flotan las láminas de acero? ¿Si los conviertes en un portaaviones? si llenas el portaaviones con agua?
Se siente como hacer trampa. ¿No podría simplemente hacer una caja vacía gigante y decir, si el interior fuera un vacío, todo es más ligero que el aire?

Lo que sigue es muy similar a la respuesta de mgphys , pero voy a ser pedante sobre lo que quiero decir.

Así que imagina que

  1. Fabrico un cuerpo sustancial de areografeno, y luego corto con cuidado un prisma rectangular que es h por yo por w en tamaño. Esto da un volumen para el material de V = h yo w .

  2. A poner una balanza analítica en una cámara de vacío y medir cuidadosamente la masa METRO de la muestra de prueba. Ahora calculo una cifra para la densidad aparente ρ b tu yo k = METRO / V que será bastante menor que la densidad del aire. Este es el tipo de medida a la que se refiere la gente cuando dice que los areogeles y el areografeno son menos densos que el aire.

  3. Sin embargo, si recupero mi muestra y la miro bajo un microscopio, veré que tiene una estructura de escala fina en la que los filamentos y las láminas de grafeno no llenan el volumen del material, sino que forman una red abierta. Entonces el volumen real de grafeno no es V ¡en absoluto!

  4. Si elijo un líquido que no dañe el material, podría medir cuidadosamente el volumen v realmente ocupado por el grafeno usando el método de Arquímedes.

  5. Con eso calculo ρ d mi t a i yo = METRO / v que será mayor que la densidad del aire. Ahora, debido a que el aire puede moverse hacia los espacios entre los filamentos y las láminas, el volumen de aire desplazado por la muestra es v , no V y la densidad que tenemos que usar para determinar si flotará es ρ d mi t a i yo .

Esta es también la razón por la que mgphys afirma que si envolviéramos la muestra con una membrana delgada e impermeable mientras se encuentra en el vacío (y esa membrana se mantuvo y la muestra no se aplastó), podría flotar.

Para 4. ¿Eso no dependería del líquido que estés usando? Supongo que algo como el helio líquido ocuparía pequeños espacios vacíos que no estarían ocupados por el agua porque el tamaño de una molécula de H2O es más grande que el de un átomo de helio. Esto significaría que solo puede encontrar un límite superior para el volumen ocupado por el grafeno.
Hasta cierto punto, sí, pero la microestructura de estas espumas es bastante grande en la escala de las moléculas, por lo que sería un ajuste menor.

La medición de la densidad se realizó en aire, no en vacío.

En la página 24 del documento de Materiales de apoyo dice:

Determinación de masas y densidades:

Las dimensiones de las muestras de Aerographite se determinaron mediante microscopía óptica. La masa de las muestras se midió en condiciones atmosféricas estándar con una microbalanza Saratorius MC5 (capacidad/legibilidad: 5,1 gx 1 μg; repetibilidad: ± 1 microgramos).

(énfasis añadido)

Esto significa que el peso (y por lo tanto la densidad) no tuvo en cuenta el efecto de flotabilidad del aire circundante. La densidad real es el valor publicado MÁS la densidad del aire.

Muy bueno Pedro. Diferentes estructuras cristalinas pueden hacer que la densidad sea enormemente diferente. ¿Tiene alguna fuente para su hipótesis, o es solo una suposición?
@Ali, vea la parte inferior de la publicación para ver la fuente.
Si el aerografito es más liviano que el aire, ¿por qué no flota?
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