Hvor meget kan man presse vand sammen?

Når man skyder med vandpistol, vil vandet hellere fare ud igennem et lille hul, end det vil presses en smule sammen, når man trykker på det.

Noget tyder altså på, at vand er svært at komprimere, men hvad sker der egentlig, hvis man prøver alligevel?

Det har vores trofaste læsere Christian og Annelise Wejdemann tænkt over. De vil høre, om videnskaben har fornuftige svar på disse spørgsmål:

»Hvad der vil ske, hvis man prøver at sammenpresse vand? Hvis man har vand i en beholder ved stuetemperatur og øger trykket, hvad vil der så teoretisk set ske?«

»Vil det blive til et fast stof? Ved hvilket tryk? Hvor stort et tryk kræver det at halvere vandets volumen? Og er der en grænse for, hvor meget vandet kan trykkes sammen, før det holder op med at være vand?«

Uhyre svært at trykke sammen

Professor Søren Rud Keiding fra Institut for Kemi på Aarhus Universitet er ekspert i vand, så han er den oplagte mand at ringe til. Han kan da også bekræfte, at der virkelig skal noget til, hvis man vil bringe vandmolekyler tættere sammen:

»Vand er meget, meget svært at presse sammen – sammentrykkeligheden er meget lav, for at sige det på en anden måde. Hvis vandet har stuetemperatur, og vi presser det sammen, så skal vi op på et tryk på cirka en milliard pascal, før der for alvor sker noget.«

»Ved så højt et tryk, der svarer til 10.000 atmosfærer – man skal altså trykke 10.000 gange hårdere, end luften trykker på os – bliver vandet til is.«

Som under 100 km vand

Hvis man udsætter vand for et stadig højere tryk, bliver det altså til sidst til et fast stof, og vand i fast tilstand kaldes som bekendt is. Man kan godt have varm is, blot trykket er højt nok.

Men der skal rigtig meget til. En milliard pascal svarer til trykket fra en 10 tons lastbil på et frimærke. Så høj ville trykket være på bunden af et ocean, der var 100 kilometer dybt. Så dybe oceaner findes ikke på Jorden, men måske findes der planeter, der kredser om andre stjerner, hvor havet er så dybt, at vandet bliver til is længst nede.

Vandet bliver kun presset en ganske lille smule sammen, efterhånden som trykket stiger. På bunden af den knap 11 kilometer dybe Marianergrav i Stillehavet er trykket mere end 1.000 atmosfærer, og hernede fylder vandet cirka fem procent mindre på grund af det voldsomme tryk.

Brintbindinger holder molekylerne på plads

Det er dog ikke muligt at presse flydende vand sammen til at fylde det halve af, hvad det plejer at gøre. Det bliver til is i stedet.

Men hvordan kan det være, at flydende vand er så standhaftigt og nægter at lade sig presse?

»Det skyldes, at vandmolekylerne holdes sammen af brintbindinger. De er relativt stærke og gode til at trække vandmolekylerne sammen, men de sørger også for, at molekylerne holder en vis afstand til hinanden. Så det er svært at klemme flere vandmolekyler sammen på et lille område,« siger Søren Rud Keiding.

Is bliver til et metal

Når det kommer til det sidste spørgsmål – om vand på et tidspunkt holder op med at være vand, hvis man trykker hårdt nok – er svaret bekræftende, men her bliver det en smule spekulativt.

Ved uhyre højt tryk bliver isen til et metal. Det vil sige, at isen kan lede elektrisk strøm. Muligvis bliver den endda en superleder, der kan lede strøm helt uden modstand, fortæller Søren Rud Keiding og fortsætter:

»Fortsætter man med at trykke, vil atomkernerne til sidst komme så tæt på hinanden, at de forskellige kernepartikler – neutroner og protoner – enten smelter sammen eller slynges væk fra hinanden med voldsom kraft. Når det sker, er det i hvert fald ikke længere vand, men nok nærmere noget, der minder om det indre af en neutronstjerne.«

En neutronstjerne er resterne af en stor stjerne, der har opbrugt sit brændstof og er faldet sammen. Tilbage er en uhyre kompakt kerne med en diameter på godt 20 km – som en gigantisk atomkerne, udelukkende bestående af neutroner.

Vi håber, at Annelise og Christian Wejdemann er blevet lidt klogere på vands opførsel ved højt tryk, og vi sender dem en Videnskab.dk-T-shirt hver som tak for det gode spørgsmål. Andre gode spørgsmål, som kræver svar fra forskerne, kan sendes til sv@videnskab.dk.