Svaret på denna fråga är, som vi ska se, i allmänhet nej. Volymer är additativa endast om ämnena som blandas är lika (strikt sett krävs vanligen också att deras temperatur är densamma).
När det gäller etanolen är skyddsglasögon lämpliga eftersom stänk är skadliga för ögat.
Nedan används genomgående beteckningen ”enhet”. Det kan vara t.ex. 1.0 dL, 1.0 L eller något annat passande. Det viktiga är att man alltid tar precis lika mycket.
Exempel 1
Blanda 1.0 enheter vatten med 1.0 enheter vatten. Resultatet blir inte förvånande 2.0 enheter vatten. Volymerna är förstås additativa.
Exempel 2
Blanda 1.0 enhet etanol med 1.0 enhet vatten. Resultatet blir något mindre än 2.0 enheter. Volymerna är inte additativa.
Exempel 3
Blanda 1.0 enheter sackros (även kallat rörsocker) med 1.0 enheter vatten. Resultatet blir – när sockret väl löst sig – cirka 1.6 enheter. Volymen minskade med 20%!
(de gröna sträcken på litermåttet anger 1.0 resp 2.0 enheter (här 1 enhet=1 deciliter)
Förklaring
När olika ämnen blandas ändras ordningen på vattenmolekylerna. I rent, flytande vatten kan man tänka sig att vattnet är fördelat på mycket små isberg som rör sig runt omkring relativt fritt. När man blandar vatten med etanol ändras förutsättningarna jämfört med hos rent vatten+hos ren etanol (T-röd är i och för sig denaturerad och färgad men tillsatsernas koncentrationer är väldigt låga i sammanhanget). Blandningen mellan vatten och etanol är alltså inte bara en ”blandning” utan en helt ny lösning med nya egenskaper (såsom ny densitet). Räknar man på det (med värden från CRC Handbook of Chemistry and Physics) får man veta att den teoretiska volymen för blandningen blir 1.9304.... enheter (gäller vid 20 °C).
I de flesta fasta ämnen sitter molekylerna/jonerna/atomerna ordnade i ganska fasta s.k. kristallstrukturer. När man löser ett ämne (om det är lösbart alls vill säga – se inlägget från den 25/7) kommer kristallstrukturen att brytas när vattnet lägger sig runt molekylerna/jonerna. Man säger att vattnet solvatiserar molekylerna/jonerna. Packningen blir nu betydligt effektivare med molekyler/joner och vatten ordnade om vartannat istället för var för sig.
Lösligheten för sackaros är dessutom avsevärt högre än för många salter (2 kg/L enl. Wikipedia). Anledningen är att sackaros är en molekyl som liknar vatten på molekylär nivå; det finns nämligen väldigt många hydroxylgrupper (-OH) på sackarosmolekylen vilket gör att vatten kan binda in synnerligen smidigt. Därför är lösligheten så stor.
Volymer är alltså inte additativa när ämnena är olika. Massor, däremot, är alltid additativa (i kemins värld, i modern kärn- och partikelfysik stämmer detta dock inte p.g.a. ekvivalensen mellan massor och energi E=mc²). Som kemist kan man emellertid alltid vara säker på att massor är additativa; detta gäller både vid blandningar och vid kemiska reaktioner. Det beror på att de energimängder som är involverade är så pass små jämfört med vid kärnreaktioner.
alo
ReplyDelete