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。