La forza tra due atomi (non reagenti) è approssimativamente data dal potenziale di Lennard-Jones, e questo varia con la separazione degli atomi in modo simile:
(questa immagine è tratta dall’articolo di Wikipedia che ho collegato sopra). Nel diagramma, il parametro $sigma$ può essere pensato come la dimensione dell’atomo, quindi il valore sull’asse $x$ di $r/\sigma = 1$ è il punto in cui gli atomi entrano in contatto. Quando gli atomi sono lontani c’è una leggerissima attrazione, ma non appena gli atomi entrano in contatto c’è una forte repulsione ed è molto difficile spingere gli atomi più vicini tra loro.
Siate cauti nel prendere questo troppo iterativamente poiché gli atomi sono oggetti un po’ confusi e non hanno una dimensione esatta. Per i gas quasi ideali come l’ossigeno e l’idrogeno a temperatura e pressione standard, una mole (cioè 6,023 volte 10^{23}$ molecole) occupa circa 22,4 litri. Ciò significa che la distanza media tra le molecole è di circa 3 nm. La dimensione di una molecola di ossigeno è molto approssimativamente (non sono sferiche) 0,3 nm, quindi la distanza tra le molecole è circa 10 volte la loro dimensione. Questo è molto a destra nel grafico sopra, e significa che le forze tra loro sono basse ed è molto facile spingerle insieme. Questo è il motivo per cui i gas possono essere facilmente compressi.
Ora consideriamo l’acqua. Una mole d’acqua (0,018 kg) occupa circa 18 ml, quindi la distanza tra le molecole d’acqua è di circa 0,3 nm – in altre parole sono in contatto tra loro. Questo è il punto in cui le molecole cominciano a respingersi con forza, e questo rende difficile spingerle più vicine. Questo è il motivo per cui l’acqua non è facilmente comprimibile.
Tu chiedi di comprimere una miscela di ossigeno (non reagito) e idrogeno. Beh, se comprimi abbastanza l’ossigeno si liquefa, e la densità dell’ossigeno liquido è di circa 1140 kg/m$^3$. Questo rende la spaziatura tra le molecole di ossigeno circa 0,35 nm. Questa spaziatura è circa la stessa della dimensione delle molecole di O$_2$ quindi è difficile comprimere l’ossigeno liquido. Puoi ripetere questo calcolo per l’idrogeno liquido (densità circa 71 kg/m$^3$) e ottieni un risultato molto simile. In realtà mi aspetterei che l’idrogeno liquido fosse più comprimibile dell’ossigeno liquido e dell’acqua perché la molecola di H$_2$ è significativamente più piccola. Tuttavia una rapida ricerca su Google non è riuscita a trovare valori per il modulo di massa dell’idrogeno liquido.