¿Podría alguien explicar por qué se produce una contracción de volumen al mezclar un alcohol como el etanol con el agua en relación con el enlace de hidrógeno y las fuerzas dipolo-dipolo?
Respuesta
¿Demasiados anuncios?
Ian
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Se puede considerar que el agua líquida tiene un media configuración que tiende a ser una estructura abierta, casi cristalina, algo así como la de los cristales de hielo hexagonales $\mathrm{^{[1,2,3]}}$ . Esta estructura ha sido confirmada por experimentos de difracción de rayos X y de neutrones. A continuación se muestra una representación de la estructura hexagonal del hielo como referencia:
Fuente: Sin límites. "La estructura y las propiedades del agua". Boundless Chemistry Boundless, 26 de mayo. 2016. Recuperado el 06 de febrero de 2017 de boundless.com
Este fenómeno de la estructura de hielo del agua líquida también se ilustra en la observación de que a temperaturas inferiores a $\pu{4^oC}$ La densidad del agua disminuye con el descenso de la temperatura, ya que se vuelve más parecida al hielo antes de la formación real de hielo sólido cristalino.
Así que, si visualizamos esto media Si el agua líquida tiene una configuración similar a la de los cristales, entran en juego dos efectos relacionados con la contracción de volumen observada cuando el agua se mezcla con el etanol.
En primer lugar, alguna fracción de las colas de hidrocarburo de las moléculas de etanol es capaz de encajar dentro de esta red, llenando algunos de los vacíos dentro de esta estructura de agua.
En segundo lugar, la fracción de hidroxilo del etanol establece un enlace de hidrógeno con el agua. Sin embargo, como el etanol sólo tiene un único donante de enlaces de hidrógeno, la estructura cristalina del agua líquida no puede mantenerse por completo y, por tanto, se colapsa en cierta medida.
También, por favor, eche un vistazo a estas respuestas en relación con el concepto general de contracción de volumen de las mezclas líquidas, no específico para el caso del etanol y el agua.
1 http://www.diss.fu-berlin.de/diss/servlets/MCRFileNodeServlet/FUDISS_derivate_000000003174/2_Chap1.pdf;hosts=
2 http://crystal.med.upenn.edu/sharp-lab-pdfs/sharp_EncLifeSci.pdf
3 "Water structure and changes in thermal stability of the system poly(ethylene oxide)-water", J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, 1981,77, 2053-2077
