Что больше молекула воды или спирта

СТРОЕНИЕ ВОДНО-СПИРТОВЫХ РАСТВОРОВ

По современным представлениям, молекула воды имеет строение, показанное на рис. 12, а. Из 10 электронов молекулы воды два расположены вблизи от атома кислорода, четыре участвуют в образовании двух а-связей с протонами, четыре несвязывающих электрона располагаются попарно на гибридных орбитах. Расстояние между ядром кислорода (центр молекулы воды) и протоном равно 0,099 нм, радиус молекулы воды — электронной сферы иона кислорода — 0,138 нм. Угол между двумя протонами и центром составляет 105° и близок к тетраэдрическому (рис. 12, б), поэтому расположение в пространстве двух положительных зарядов атомов водорода и двух отрицательных заряда атома кислорода геометрически соответствует тетраэдру (рис. 12, в).

Вода относится к ассоциированным жидкостям. Ассоциация обусловлена наличием водородных связей, которые образуются между атомом водорода, ковалентно связанным с атомом сильноэлектростатически отрицательного кислорода одной молекулы воды, и атомом кислорода другой молекулы. Эта связь возможна потому, что атом водорода, отдавая свой единственный электрон кислороду, остается в виде протона, оказывающего электростатическое притяжение на электронную оболочку другого атома кислорода.

Рис. 12. Строение молекулы воды: а — электронная модель молекулы воды; б — плоскостная модель молекулы воды; е — тетраэдрическое расположение зарядов в молекуле воды.

Образование ассоциатов воды можно изобразить следующей схемой:

Энергия водородных связей оценивается примерно в 30 кДж/моль, т. е. она значительно слабее ковалентных связей (например, энергия связи О—Н равна 460 кДж/моль). Поэтому ассоциаты воды могут распадаться и вновь образовываться в других комбинациях. Более устойчивы удвоенные молекулы воды, в которых имеются две водородные связи

Рентгеноструктурное исследование показало, что молекулы воды в кристалле льда расположены тетраэдрически. Каждый атом кислорода (атомы водорода не учитываются) окружен четырьмя другими атомами кислорода, т. е. его координационное число равно 4. Расстояние между атомами кислорода равно 0,276 нм; атом водорода, соединяющий атомы кислорода, лежит на прямой между ними на расстоянии 0,099 нм от одного (ковалентное расстояние) и 0,177 нм от другого (расстояние собственно водородной связи). Такое расположение молекул обусловливает рыхлость структуры воды (при плотной упаковке координационное число было бы равно 12).

С помощью спектров комбинационного рассеивания показано, что при температуре 0° С вода еще сохраняет тетраэдрическую структуру. С повышением температуры вследствие теплового движения молекул происходит частичное разрушение квазикристаллизационной решетки воды и заполнение полости структуры свободными молекулами воды. Вблизи температуры плавления разрушается около 15% общего количества водородных связей, при 40° С — примерно половина. Таким образом, в жидкой воде устанавливается динамическое равновесие между ассоциированными и неассоциированными молекулами воды.

Этиловый спирт также относится к ассоциированным жидкостям. В отличие от воды этиловый спирт образует ассоциаты в виде цепей:

Допускается возможность образования этиловым спиртом ассоциатов в виде плоских колец. При температуре 20° С ассоциаты этилового спирта содержат в среднем 4,5 — 5 молекул спирта.

Водно-спиртовые растворы представляют собой смешанные ассоциаты. Строение этих растворов в настоящее время не может считаться достаточно изученным. Применение к водно-спиртовым растворам упрощенных статистических моделей оказалось невозможным, поэтому для описания строения и свойств пользуются лишь качественными характеристиками.

Предполагают, что большая часть воды сохраняет тетраэдрическую структуру. Молекулы спирта, имеющие больший размер, при встраивании в структуру воды нарушают ее, тогда как встраивание молекул воды в структуру спирта не сопровождается существенным изменением последней. При растворении небольших количеств спирта структура воды все же сохраняется, претерпевая лишь незначительную деформацию.

С дальнейшим повышением концентрации спирта структура воды нарушается. В области средних концентраций спирта устанавливается динамическое равновесие ассоциатов из одинаковых молекул, агрегатов из разнородных молекул и одиночных молекул спирта и воды, т. е. происходит стабилизация структуры системы. Очевидно, что в этой области растворы имеют наибольшую микронеоднородность. При больших концентрациях спирта в растворе преобладает структура чистого спирта с включенными в неё молекулами воды.

Сложность строения водно-спиртовых растворов подтверждается также их термодинамическими свойствами: изменением свободной энергии образования раствора, появлением экстремумов на кривых парциальных объемов и парциальных энтальпий и энтропии спирта в зависимости от концентрации его.

При содержании этилового спирта в смеси около 25% мол., т. е. когда на одну молекулу спирта приходится три молекулы воды, наблюдается наибольшая адиабатическая сжимаемость, максимальная вязкость и наименьший коэффициент поступательной диффузии, т. е. происходят существенные изменения в структуре растворов.

Величина адиабатического сжатия (контракция) в зависимости от концентрации спирта в растворе была изучена Д. И. Менделеевым и приведена в табл. 31, вычисленной Г. И. Фертманом.

Из данных таблицы видно, что по мере повышения концентрации спирта сжатие смеси увеличивается, достигает максимальной величины при 24,4—26,0% мол. (53—56% об., 45,3—48,2% масс.), а затем уменьшается. Соответственно изменяются вязкость (см. табл. 1 на с. 16) и коэффициент поступательной диффузии, что видно из данных К. А. Валиева и М. И. Емельянова (рис. 13).

Смешивание спирта с водой сопровождается также выделением тепла, максимальное количество которого, по исследованиям Д. И. Менделеева, приходится на концентрацию спирта 14% мол. (36,25% об., 30% масс.). Изменение теплоты смешения в зависимости от температуры раствора изучалось Э. и М. Бозе, которые установили, что с повышением температуры она уменьшается (табл. 18).

По Д. И. Менделееву, в водно-спиртовых растворах образуются гидраты определенного состава, а именно: С₂Н₅ОН—12Н₂0; С₂Н₅ОН—ЗН₂0; 3 С₂Н₅ОН—Н₂0.

Зная теплоту образования 1 моля каждого из гидратов и фактический тепловой эффект смешения 1 кг водно-спиртового раствора, он нашел, что

ТЕПЛОТА СМЕШЕНИЯ 1 КГ ВОДНО-СПИРТОВОЙ СМЕСИ (в кДж) ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Я. В. Зельцером установлено также, что при смешении гидрата определенного состава с избытком какого-либо компонента дополнительный тепловой эффект q пропорционален дополнительному изменению объема Δ V и для каждой концентрации спирта отношение q / Δ V , обозначаемое n , является величиной постоянной.

При смешении, например, двух гидратов состава С₂Н₅ОН—12Н₂0 и С₂Н₅ОН—ЗН₂0 при температуре 20° С уменьшению объема смеси на 1 мл соответствовал тепловой эффект +1,118 кДж, а при смешении при той же температуре гидратов состава С₂Н₅ОН—ЗН₂0 и ЗС₂Н₅ОН—Н₂0 уменьшению объема смеси на 1 мл соответствовал тепловой эффект — 0,201 кДж.

Источник

Как правильно разбавить спирт водой

«Что может быть проще, чем смешать спирт и воду?» — думал я когда-то, пока не испортил свой первый трехлитровый дистиллят, который обещал стать отменным коньяком и непременно превзошел бы Hennessy и Remy Martin.

Оказывается, существуют тонкости, которыми не следует пренебрегать. Пpи cмeшивaнии любoй cпиpтocoдepжaщeй жидкocти, дaжe caмoгo чиcтoгo мeдицинcкoгo спирта, происходит химичecкий пpoцecc c выдeлeниeм сивушных масел. Чтобы их былo мeньшe, вoдa дoлжнa быть без примесей, отфильтрованной или лучше дистиллированной. Температура также имеет значение: желательно разбавлять воду комнатной температуры холодным спиртом.

Пpи cмeшивaнии двyх жидкocтeй, бoлee тяжёлyю вливaют в мeнee тяжёлую для лучшего растворения. Вода тяжелее спирта, значит, по идеи ее нужно вливать в спирт, однако профи пришли к иному выводу.

Смешивание спирта с водой называется гидратирование спирта, то есть, присоединение молекул воды к молекуле спирта с образованием гидратов спирта:

С2H5OH + H2O = C2H5OH*nH2O, где n = 1, 3 или 12 молекул воды. Это часто встречающиеся гидраты — соединение трёх молекул спирта с одной молекулой воды, одного спирта с 3 воды, одного спирта с 12 воды.

Первый гидрат — нестабилен, воняет спиртом, неприятен на вкус. Гидрат с 3 воды приятней, гидрат с 12 воды самый прочный и приятный на вкус — молекула спирта со всех сторон окружена молекулами воды.

Чтобы получить самый лучший гидрат С ₂ Н ₅ ОН —12Н ₂ 0, требуется медленно вливать спирт в воду, так как при вливании спирта в воду на границе смешивания жидкостей мало спирта (струйка) контактирует с большим количеством воды, и образуется 12-ти гидрат. При этом финальная крепость продукта не должна превышать 46 %.

Более подробно о гидратах

Я. В. Зельцер вычислил, что при температуре 20° С теплота образования 1 моля гидрата

Зная теплоту образования 1 моля каждого из гидратов и фактический тепловой эффект смешения 1 кг водно-спиртового раствора, он нашел, что

Источник

Что больше молекула воды или спирта

Художники Л. Панич, В. Шимкевич

Корректоры Н. Викторова, В. Сайко

Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир. — СПб.: Питер, 2015.

© ООО Издательство «Питер», 2015

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Если вы читаете эту книгу, то, вероятно, относитесь к одной из двух категорий людей. Либо вы из числа моих коллег, посвященных в тайны квантовой теории, и хотите посмотреть, как же кто-то смог написать серьезную книгу по квантовой механике без математики. Либо вы принадлежите к тому большинству людей, кто смотрит на окружающий мир без ясного понимания того, почему многие повседневные вещи устроены именно так, а не иначе. При этом речь идет далеко не о тех малозначительных аспектах нашей среды обитания, на которые можно было бы просто не обращать внимания. Напротив, это важные особенности нашего мира, которые никогда внятно не объясняются, поскольку кажется, что они лежат за пределами нашего понимания.

Что придает предметам их цвет, почему медный провод проводит электричество, а стекло нет, что же все-таки такое транс-жиры и почему углекислота является парниковым газом, а кислород и азот — нет? Эти «белые пятна» в картине устройства вещей возникают вследствие кажущегося непреодолимым барьера, отделяющего нас от их понимания. Обычно этот барьер связан с математикой. Чтобы ответить на поставленные выше вопросы, а также на многие другие, необходимо понимание квантовой теории, но в действительности для этого не требуется математика.

Почему без математики? Представьте, что в этой книге изложение начиналось бы на вашем родном языке, потом переходило бы на латынь, а затем вновь возвращалось к исходному языку. Теперь представьте, что это переключение происходило бы всякий раз, когда начинаются подробные объяснения. Такие переходы с языка на язык, происходящие в книгах по квантовой механике, отличаются лишь тем, что они выполняются не между вашим языком и латынью, а между вашим языком и математикой. В серьезных квантовомеханических книгах, например в моем собственном учебнике «Элементы квантовой механики» (Elements of Quantum Mechanics. Oxford University Press, 2001), вы будет постоянно встречать фразы такого рода: «данные взаимодействия описываются следующим набором спаренных дифференциальных уравнений». После уравнений в тексте будет сказано: «решения этих уравнений таковы», и далее последуют новые формулы. В этой книге, напротив, все изложение является описательным. Диаграммы заменяют множество уравнений; исключение составляют лишь некоторые простые алгебраические формулы, которые детально объясняются. Однако и без обычного переизбытка математики фундаментальные философские и концептуальные основы приложений квантовой механики объясняются достаточно полно. Таким образом, каждый может достичь определенного уровня проникновения в квантовую теорию и углубить свое понимание окружающего мира. Если вы хорошо знаете математику, эта книга все равно будет для вас полезной. Вы приобретете концептуальное понимание, необходимое для перехода к математическому изложению квантовой теории. Если вы хотите получить некоторый объем умственной нагрузки, не связанной с математикой, эта книга познакомит вас с основами квантовой теории и с ее приложениями к физике атомов и молекул.

Почему вишня красная, а черника синяя? Что подразумевается под понятием «размер»? Кажется, что эти два вопроса совершенно не связаны между собой, а второй вопрос вообще не имеет смысла. Разве мы не знаем, что такое размер? Одни вещи большие, другие маленькие. Но развитие квантовой теории показало, что эти два вопроса тесно взаимосвязаны и что до двадцатых годов прошлого века мы опирались на совершенно неверное понимание размера.

Наше представление о размере, когда мы вообще об этом задумываемся, отлично работает в повседневной жизни. Однако начиная примерно с 1900 года та физика, которая описывает все происходящие в природе процессы, и та, что прекрасно подходит для обеспечения посадки космических аппаратов на Марс, стали расходиться между собой. В итоге принципиально новое понимание размера понадобилось не только для объяснения того, почему вишня красная, а черника синяя, но и для понимания устройства молекул, составляющих наши тела, и микроэлектроники, обеспечивающей работу наших компьютеров, для объяснения, почему углекислый газ является парниковым и как электричество течет по металлам.

Повседневный опыт учит нас мыслить в понятиях класси­ческой физики, которая была значительно развита и формали­зована Исааком Ньютоном (1642–1727). Все, что мы узнаем с раннего детства, подготавливает нас к принятию фундамен­тально ошибочного представления о природе. Эта книга посвящена ­понятию абсолютного размера и вытекающей из него квантовой теории, которая требует кардинально изменить способ мышления о природе. В первой половине книги описываются основные понятия квантовой теории, а во второй эта теория применяется для­ объяснения многих особенностей мироустройства через ана­лиз­ свойств атомов и молекул, а также их роли в повседневной жизни­.

Начало работе над этой книгой положил простой вопрос: можно­ ли понять квантовую механику с позиций здравого смысла? Мне задали его на фестивале науки «Вондерфест-2005», проводимом при поддержке физического факультета Калифорнийского университета в Беркли и химического факультета Стэнфордского университета. «Вондерфест» — это ежегодное мероприятие, на котором читаются лекции для широкой публики о последних достижениях в самых разных дисциплинах. Однако меня попросили подготовить выступление не о последних достижениях в моей области исследований, а на тему: «Можно ли понять квантовую механику с позиций здравого смысла», поскольку споры на эту тему с участием как ученых, так и непрофессионалов не утихают с самого появления квантовой теории в 1900 году. Причем на то, чтобы представить свой утвердительный ответ на данный вопрос, у меня было всего полчаса. Задача оказалась чрезвычайно трудной, так что я в течение нескольких месяцев размышлял на эту тему и потратил уйму времени на подготовку к лекции. Несмотря на это, я считал, что мое выступление провалилось, — не потому, что такие важные вопросы невозможно разъяснить неспециалистам, но из-за жестких ограничений по времени. Чтобы добраться до сути дела, необходимо ввести некоторые понятия, позволяющие четко обозначить различия между классической и квантовой механикой.

Источник

Эту задачу (вернее, аналогичную этой) математик Владимир Игоревич Арнольд предлагал дошкольникам. Из железнодорожной цистерны со 100%-ным спиртом зачерпнули одну ложку и вылили ее в неполный стакан с водой. Раствор перемешали и затем перенесли одну такую же ложку этого раствора обратно в цистерну. Спрашивается, что больше: количество спирта в стакане или количество воды в цистерне? Как проще всего решить эту задачу? (Понятно, что задача умозрительная, хотя бы потому, что 100%-ный спирт в цистернах не перевозят.)

1) в цистерне изначально было a литров чистого спирта;

2) в стакане изначально было b литров воды;

3) ложка имеет объём c литров.

цистерна: a спирта, 0 воды; стакан: 0 спирта, b воды.

Первое переливание выполнялось ложкой, из цистерны в стакан, спиртом.

После 1-го переливания:

цистерна: a – c спирта, 0 воды;

стакан: c спирта, b воды.

Второе переливание выполнялось той же ложкой, из стакана в цистерну, но не спиртом и не водой, а раствором, получившимся в стакане после первого переливания.

Объем жидкости (водки?) в стакане после первого переливания равен b + c.

Как сказано в условии, спирт равномерно распределился по всему объёму стакана.

Следовательно, в 1 ложке раствора, образовавшегося в стакане после 1-го переливания, содержится c^2/(b + c) литров спирта и c – c^2/(b + c) литров воды.

Итак, после 2-го переливания имеем:

цистерна: a – c + c^2/(b + c) литров спирта, c – c^2/(b + c) литров воды, а всего жидкой материи в цистерне будет ровно a литров.

стакан: c – c^2/(b + c) литров спирта, b – c + c^2/(b + c) литров воды. Всего же ровно b литров жидких веществ.

Вопрос был: чего больше после второго переливания: спирта в стакане или воды в цистерне?

Ответ: спирта в стакане c – c^2/(b + c). Воды в цистерне тоже c – c^2/(b + c). Значит, поровну.

я знаю такую задачу с молоком и водой и там было по стакану того и другого, но переливали также по ложке. Задачу можно еще решить не математически, а логически, хотя на первый взгляд кажется, что такого быть не может.

Решение на простом примере

пусть есть цистерна со спиртом объемом 10 000 000 грамм и стакан с водой объемом 200 грамм

всего 10 000 200 грамм.

Объемы емкостей и объем ложки может быть любым, при чем объем ложки может даже равняться объему емкости (разумеется меньшей) т,е. если тупо перелить стакан в цистерну, а потом зачерпнуть стакан этой смеси результат будет тем же, т.е. процентное содержание веществ друг в друге будет одинаковым

Источник

Как правильно разбавлять?

Не моё, сразу предупреждаю) Но ОЧЕНЬ полезное

Далее.
Если перегонять (дистиллировать) сортировку, она получается питкой практически сразу. Почему? да потому что при такой дистилляции мы практически «льем воду в спирт», то есть делаем всё правильно.

Делал и воду в спирт 97%, и спирт в воду, всегда одно и то же, прозрачная. А вот с дистиллятом проблема, через раз получается. Очередной раз разбавляя чачу пришёл к выводу, всё что разбавляется ниже 50 градусов мутнеет. Разбавляю 50 нормально. Надо попробовать заливать тёплую или горячую воду, чтоб сивушные масла растворить, они и дают муть при не растворении думается мне.
Slava 61, 30 Дек. 12, 10:43

При разбавлении дистиллятов муть дают водонерастворимые вещества, типа высших спиртов. Особенно этот эффект заметен на выдержанном на древесине спирте. Поэтому в качестве стандартной предусмотрено вымораживание разбавленного дистиллята с последующей фильтрацией. Напиток при этом слегка обдирается, но зато становится прозрачным.

. сейчас почти все современные очистные отделения для водки оснащают холодильниками перед угольной колонкой, есть и статьи, что снижение температуры сортировки до 10*С (ниже дороговато получается) снижает альдегиды в 2 раза против 20*С. Помним также, что АУ альдегиды почти не поглощает. mak210, 30 Дек. 12, 15:00

— я правильно понял, то, что перед заключительной фильтрацией ( разведённого после перегонки дистиллята)его нужно выстоять при отрицательной температуре, затем фильтровать.
Такие вопросы,
1 Сколько нужно выдержать (на балконе зима).
2 Перед фильтрацией греть, или пропускать холодным?

Источник