La force entre deux atomes (qui ne réagissent pas) est approximativement donnée par le potentiel de Lennard-Jones, et cela varie avec la séparation des atomes quelque chose comme ceci:
(cette image est tirée de l’article de Wikipedia que j’ai lié ci-dessus). Dans le diagramme, le paramètre $\sigma$ peut être considéré comme la taille de l’atome, donc la valeur sur l’axe $x$ de $r/\sigma = 1$ est le point où les atomes entrent en contact. Lorsque les atomes sont éloignés les uns des autres, il y a une très légère attraction, mais dès que les atomes entrent en contact, il y a une forte répulsion et il est très difficile de pousser les atomes plus près les uns des autres.
Veuillez faire attention à ne pas prendre cela de manière trop itérative car les atomes sont des objets un peu flous et n’ont pas une taille exacte. néanmoins, le point reste qu’il y a une distance entre les atomes à laquelle ils commencent soudainement à se repousser fortement.
Revenons maintenant à votre question. Pour les gaz presque idéaux comme l’oxygène et l’hydrogène à température et pression standard, une mole (c’est-à-dire 6,023 \times 10^{23}$ molécules) occupe environ 22,4 litres. Cela signifie que l’espacement moyen entre les molécules est d’environ 3 nm. La taille d’une molécule d’oxygène est très approximativement (elles ne sont pas sphériques) de 0,3 nm, donc l’espacement entre les molécules est environ 10 fois leur taille. Cet espacement se situe tout à fait à droite sur le graphique ci-dessus, ce qui signifie que les forces entre les molécules sont faibles et qu’il est très facile de les rapprocher. C’est pourquoi les gaz peuvent être facilement comprimés.
Prenez maintenant l’exemple de l’eau. Une mole d’eau (0,018kg) occupe environ 18ml, donc l’espacement entre les molécules dans l’eau est d’environ 0,3nm – en d’autres termes, elles sont en contact les unes avec les autres. C’est à partir de ce point que les molécules commencent à se repousser fortement, ce qui fait qu’il est difficile de les rapprocher. C’est pourquoi l’eau n’est pas facilement compressible.
Vous posez la question de la compression d’un mélange d’oxygène et d’hydrogène (non réagi). Eh bien si vous comprimez suffisamment l’oxygène, il se liquéfie, et la densité de l’oxygène liquide est d’environ 1140 kg/m$^3$. L’espacement entre les molécules d’oxygène est donc d’environ 0,35 nm. Cet espacement est à peu près égal à la taille des molécules de O$_2$, il est donc difficile de comprimer l’oxygène liquide. Vous pouvez répéter ce calcul pour l’hydrogène liquide (densité d’environ 71 kg/m$^3$) et vous obtenez un résultat très similaire. En fait, je m’attendrais à ce que l’hydrogène liquide soit plus compressible que l’oxygène et l’eau liquides, car la molécule de H$_2$ est nettement plus petite. Cependant, une recherche rapide sur Google n’a pas permis de trouver des valeurs pour le module apparent de l’hydrogène liquide.