為什麼化學中說溶液是均一的？

01-07

為什麼化學中說溶液是均一的，而物理里在做光的折射時將光射入蔗糖溶液是會因溶液密度不均勻而向下偏折？而且我們在生活里喝糖水時不是越到下面越濃嗎？（全部溶解）

我想先說後面提到的兩個折射問題和糖水問題再來解釋溶液是不是均勻的問題。

首先窩覺得光的折射顯然並不是因為溶液密度不均勻而是兩個介質中的折射率不一樣而發生的折射QAQ。

第二生活中喝糖水時候越到下面真的越濃么？你確定不是因為你自己沒攪勻么。我倒是喝咖啡的時候經常越喝越甜的，然而，然而這是由於溶解速率造成的，如果我剛把糖加進去攪一攪就開始喝，在這個時候是很有可能糖還沒有溶解完全的，於是乎溶解和喝糖水同時進行，因此你喝到的糖水越來越甜，甚至在我喝咖啡喝得快的時候喝到底還能夠看到沒有溶解完的糖呢。

事實上，「糖水」並非不是越往下越濃的。根據波爾茲曼分布，具有一個粒子在不同能量上的分布遵從這樣的原理 $frac{p_i}{p_j}=exp(-Delta E/kT)$ ，即能量越高的地方粒子出現的概率越低，而且與能量符合指數的關係。對於一杯均勻的糖水，實際上是處於一個重力勢下，於是在不同高度下的分布根據波爾茲曼分布就具有這樣的關係 $frac{p_i}{p_j}=exp(-Delta ho gh/kT)$ (這裡的密度差指的是溶質分子與溶劑分子的密度差)，一般情況下由於重力並不是很大以及密度比較接近，所以溶液是均勻的（以及從這個關係我們可以輕鬆地得到浮力的原理），在比較特殊的情況下，比如離心機可以輕鬆地達到很多倍於重力的加速度，這樣就可以用於分離，比如第一次分離出細胞器（並不確定）。

最後再來說溶液是不是均勻的。那麼問題就來了，我們如何定義均勻呢？如果我說任意選擇一個小體積元的溶液，那麼其中溶劑和溶質的比例都和整體的比例一樣這應該沒問題吧。

當我們這樣認為這樣的均勻才是均勻的時候，溶液貌似就不是均勻的了。放一張2002年一篇nature的圖我們可以很清晰地看到他們實際上是一坨一坨的小分子團的形式存在的。甲基為了尋求能量更優的結構而選擇了甲基和甲基聚在了一起，後來的一些跟進研究也證明了這並不是甲醇-水體系的孤例。

參考文獻

1.Dixit, S., Crain, J., Poon, W. C. K., Finney, J. L., Soper, a K. (2002). Molecular segregation observed in a concentrated alcohol-water solution. Nature, 416(6883), 829–32. doi:10.1038/416829a

2.彭笑剛《物理化學講義》 P64以上內容均為本人獨立的另一個人格所作。以及上個學期老師講的。歡迎拍磚。

不邀自來，首先溶液肯定是均一的，要是真的如題主所說底下濃度大，那麼化工廠裡面的反應斧在反應時肯定是要出問題的，如果濃度不同，底層反應速度比上層快，某些反應進行時，是有很大的安全隱患的。事實肯定是不會發生這種事情的。

題主所說的糖水底下更甜，那是因為底下有蔗糖未溶解，有些是以肉眼不可見的蔗糖粒由於未溶解再加上重力原因沉降在底部，所以有時候你覺得完全溶解了還是底下甜。

其實平時配置飽和溶液的時候我們也會遇到這種問題，像我們平時在實驗室配置某些比較穩定的溶液的時候，都是定量量取溶劑，稍稍過量溶質，充分攪拌後靜置一段時間，取上層液進行標定，看是否是符合要求，再進行裝瓶預留後來使用，底層液我們為了實驗精度，一般都是不要的（某些要求不高的我們則是能省則省）。

因為溶液的定義就是均一穩定的混合物

化學中的均一是一種理想的情況，指一個體系中每一個部分的物理性質（比如濃度，密度）都是完全相等的，採取這樣的說法是為了在理論中闡述的方便，而是實際情況中，特別是題主提到的那樣的高濃度，大分子的溶液里表現更加明顯，溶液中某一處的物理性質應該是其空間坐標的一個函數，（比如那個蔗糖溶液，上面的溶液濃度小，下面的濃度大）那麼溶液各處的折射率也應該是坐標的函數，所以射入的光線是歪的

沒有絕對的事情，能否把溶液看成均一取決於溶液的這個性質對你所研究問題的影響程度，學理科重要的就是在考慮問題的時候要抓住主要的，忽略次要的。另外，你說的糖水越來越甜絕對是沒上下攪拌，只是不停的打圈，由於底下密度相對較大，不上下攪動，永遠是越喝越甜。。。。

這是溶液的定義，題主的情況不是沒溶完就是過飽和沉澱了

當時實際操作中怎麼定義均一是個很煩人的問題，從熵的角度反而更好理解

根據玻爾茲曼分布，每個蔗糖粒子在這杯水中任何位置出現的概率是一致的，重力差異可忽略。所以如果哪邊濃了，這部分多出來的粒子肯定壓力山大啊，憑啥只能限制在濃的這一邊活動不能去另一邊？所以要不就擴散去另一邊，體系熵增加，達到穩定的溶液狀態（這也是定義），要不幹脆直接抱團沉澱退出體系。

同學，你快接觸到化學的精髓了。絕對意義上來講溶液肯定不是均勻的。但大多情況下可以當做均勻的。

有的濃度是有差別的。

如密度梯度離心就將這種濃度差異最大化了，就有了分離的效果。

當然大部分情況下濃度差異很小，幾乎可以忽略。

我覺得是因為只有混合後形成的體系是均一的才能叫做溶液，喝糖水越下面越甜是因為糖沒有完全溶解，可能肉眼看不到顆粒但是還是有的，至於折射像上面那位說的那樣，只是在空氣與溶液界面發生折射，在溶液內光依然沿直線傳播，反而證明溶液的均一性。均一我理解的是指各種性質在溶液的各個位置是一樣的，不可能是微觀的粒子分布，因為越到微觀層面我們實際上研究的好像是一個分布概率問題，就醬。求輕拍…

同求這個問題的詳細解釋～溶液的均一是否可以看做是科學上的假設，為了研究和尤其是計算的方便？而看到高票答案的回答，我覺得應該說明我這裡指的均一是宏觀意義上的，不用細化到分子程度。就是給時間讓溶質完全的溶解在溶液的個個角落，那麼理論上這個時間是否是無限久的？有問題的話煩請指正～

飽和多的糖沉在底部了

你確定全部溶解了嗎？自己泡的一般都是下面甜。但是買的果汁，飲料你覺得第一口不如之後的甜嗎？還是溶解速率的問題

科學上沒有絕對。

但是我們需要簡單的模型，去簡化更複雜問題。

溶液可以是氣、液、固中任何一種，均一、穩定的液體並不一定就是溶液。