250+250=480 - kodėl chemijos laboratorijose kartais tai būna tiesa? Kaip tai įmanoma?

Vienas dalykas, kurį mokykloje išmokstame gana anksti, yra tai, kad niekas iš niekur neatsiranda ir niekur neišnyksta. Galima pakeisti medžiagos sudėtį, agregatinę būseną, tačiau ji niekada nepavirs į nieką. Masė niekur nedingsta - jei sudeginsite popieriaus skiautę, dalis jos taps anglimi, dalis - įvairiais oksidais ir dujomis. Jei viską kaip nors surinktumėte į vieną indą, jo masė būtų tokia kaip to, kuriame gulėtų minėta popieriaus skiautė.

Tačiau to paties negalima pasakyti apie tūrį. Jei cheminės reakcijos metu skystis virs dujomis, šio junginio tūris bus gerokai didesnis dėl sumažėjusio tankio. Tai suprasti nesunku, kai keičiasi agregatinė būsena, tačiau taip būna ne visada. Kas nutiks, jei į vieną indą įpilsime 250 ml vandens ir 250 ml etilo alkoholio? Ogi gausime 480 ml tirpalo.

250 ml vandens sveria 250 gramų, o toks pat kiekis etilo alkoholio - 197,25 gramus. Neskaitant to, kad skysčiai greitai garuoja, jų mišinys svers 447,25 gramus. O štai tūris pastebimai sumažės - kur jis pasidės?

Skysčiai yra skysti todėl, kad molekulės juose yra labai judrios. Tačiau tarp jų vis tiek yra stiprus ryšys. Vandens atveju mokslininkai iki šiol negali užtikrintai paaiškinti šio ryšio ir kaip jis keičiasi skysčiui teliuškuojant. Bet kuriuo atveju, yra žinoma, kad vandenilio atomai iš skirtingų molekulių kartais prilimpa prie kitų deguonies atomų. Skysto vandens struktūra yra labai chaotiška ir atsitiktinė, kur vandeniliniai ryšiai leidžia molekulėms išlikti netoli viena kitos. Kai vanduo sušąla į ledą, vandeniliniai ryšiai tampa labai stabilūs ir netrūkinėja. Susidaro tvirta struktūra, kuri yra ne tokia tanki kaip skystas vanduo, todėl ledas plūduriuoja.

Etilo alkoholis, geriau žinomas kaip etanolis, taip pat turi vandenilio atomų - C2H6O.  Šie vandenilio atomai, aišku, taip pat skuba sudaryti vandenilinius ryšius su kitomis molekulėmis. Būdamas ne toks tankus kaip vanduo, etanolis tarsi suteka į laisvus tarpus tarp vandens molekulių, kur daug kinetinės energijos turinčios molekulės gali sąveikauti tarpusavyje. Kitaip tariant, molekulės susispaudžia tankiau, sudaro artimesnę struktūrą. Rezultate, tirpalo tankis yra 0,93 g/ml - didesnis nei būtų abiejų skysčių tankių vidurkis.

Tai – tik vienas iš pavyzdžių ir įdomus eksperimentas. Gera proga chemijos mokytojams pasilinksminti su mokiniais. Galima paprašyti jų pagaminti 500 ml vandens ir etanolio tirpalo, kuriame abu skysčiai sudarytų vienodas dalis pagal tūrį. Aišku, jiems tai nepavyks (jei pavyks, iš karto reikės rašyti dešimtukus), nes tam reikia žinių. Tikrasis vandens ir etanolio poreikis yra maždaug po 259-260,4 ml, priklausomai nuo aplinkos sąlygų.