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10ml酒精和10ml水混合后为什么总体积小于20ml?

1. 分子间作用力的变化

  • 水分子之间存在较强的氢键,形成较紧密的结构,导致纯水中的分子排列存在一定“空隙”。
  • 乙醇分子的羟基(-OH)也能与水形成氢键,但其乙基(-CH₂CH₃)部分为疏水基团,会破坏水原有的部分氢键网络。
  • 混合时,乙醇分子通过氢键插入水分子的间隙中,同时水的分子也填充乙醇分子间的空隙,使得两种分子在混合后排列得更紧密。
  • 2. 体积收缩现象

  • 这种因分子重组导致的体积减少称为“体积收缩”(Contraction of Volume),是典型的非理想溶液行为
  • 理想情况下,混合体积等于各组分体积之和,但水和乙醇的混合因分子间作用力变化显著偏离理想状态。
  • 3. 实验数据验证

  • 实际混合后体积约为19.3~19.6毫升(具体数值因温度和纯度略有差异),而非理论上的20毫升。
  • 当酒精浓度超过40%时,体积收缩效应逐渐减弱,甚至可能因分子排斥出现体积膨胀(但对本题中1:1比例不适用)。
  • 水和乙醇混合时,分子间的氢键重组导致排列更紧密,减少了原本纯液体中的“空隙”,因此总体积小于两者单独体积之和。这一现象生动地展示了微观分子相互作用对宏观物理性质的影响。

    10ml酒精和10ml水混合后为什么总体积小于20ml?-图1
    (图片来源网络,侵删)
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