53度白酒真这么神奇吗？
53度的白酒，水和酒精结合最紧密吗？我的观点是：不是，并且关于53度白酒的各种神奇说法，只不过是一种市场营销的手段而已。这些神秘说法，基本都源于水和酒精混合后体积确实会减小的事实。之前研究茅台时，也分析计算过相关数据，认为这是个无关紧要的事，但看到很多人还是有些误解，今天就和大家一起详细聊一聊。
一、酒精和水混合体积为什么会减小？
季克良在期刊《酿酒科技》2003年第4期文章《茅台酒在中国白酒发展中的影响、地位及作用》中有一段描述：
经科学研究证明，酒精和水分子由于结构相似，有缔合作用，尤其是在53%(v/v)左右时，缔合得最牢固。有人做过这样的试验，用53.94mL纯酒精加上49.83mL水，结果总容积不是103.77mL，而是100mL。
酒精和水混合体积会减小，这一点确实是这样的。原因是由于水和乙醇由于氢键作用，使得分子之间的距离减小了。
什么是氢键？化学上的解释是：氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，会导致H带有更多的正电性，若与电负性大且半径小的原子Y（如O、F、N等）接近时，在X与Y之间以氢为媒介，形成一种X-H…Y形式的特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。
高中化学还给了老师，看得有点懵懂没关系，翻译成白话就是四个字：异性相吸。
就好比电梯里上了10个男生，大家说好挤。这时1个美女想上来，大家又都立马说没问题，挤挤还可以上。
这只是个形象的比喻，事实上这个例子举得不太恰当。因为乙醇和水都有亲水的羟基，不仅乙醇和水分子之间也可以生成氢键，乙醇和乙醇分子间、水和水分子间也可以生成氢键。
并且水与水的氢键键能最强，所以水不易挥发；乙醇与乙醇的氢键键能最弱，所以乙醇容易挥发；而水与乙醇的氢键，间于二者之间。
但氢键不是化学键，氢键的形成不涉及新化学键的形成。水和酒精混合，虽然体积变小了，但水还是水，乙醇还是乙醇，没有化学反应。
酒精和水能任意比例互溶，但含有四个碳原子以上的高级醇就难溶于水了。原因是烃基是疏水基团，烃基过长导致羟基上电子云密度增加，极性减小，使得溶解性很差。
好了，枯燥的高中化学基础知识这些就够了。
二、酒精和水混合后体积减小多少？
那么酒精和水混合后，体积能减小多少呢？可以根据已标定测量的不同酒精度对应的密度数据，通过简单计算得到。
酒精度与密度的对应关系，有两个数据来源：
一是国家标准《GB 5009.225—2016 食品安全国家标准 酒中乙醇浓度的测定》，里面给出了酒精度的测量方法，并提供了20℃温度条件下酒精度0到70% vol范围内的密度详细数据，数据间隔0.01度。
GB是强制性标准，要求强制执行；后面带个T的GB/T是推荐标准，只是推荐采用，不具有强制约束力。这是一项强制标准，数据来源应该是可信的。
二是网上下载的《酒精体积分数、质量分数、密度对照表》数据，给出了酒精度0到100% vol范围的密度数据，数据间隔0.1度。文件中说明的数据来源是：贾树彪，李盛贤，吴国峰编著.《新编酒精工艺学》，化学工业出版社，2004。
总的来看，这两本文件的数据基本是吻合的。但这两本文件都有几处明显的数据错误，后文说明。我对数据进行了修正，修正后对比如下，二者没有明显差异。
酒精计测量酒精度数的原理，就是依据不同酒精度的密度不同而得到。但密度还与温度有关，标准温度定义为20℃，如果是在其他温度测量的，还需要进行换算，具体可以查前面这个国标的附表。
酒精度通常指乙醇含量的体积分数。比如50mL的纯酒精，往里加水加至100mL，得到的就是50%vol的酒精水溶液。顺序不可反过来，因为实际上由于体积缩小加的水大于50mL。
20℃下水的密度为998.2g/L（书中数据为998.23g/L），酒精的密度为789.3g/L（书中数据为789.27g/L），X% vol酒精度的酒精水溶液密度可查表得到。对于1升该度数下的酒精水溶液，含混合前的酒精0.01X升，根据质量守恒容易算出需要加水多少升。混合前酒精和水的总体积和混合后的1升相减，就知道体积缩小了多少升。
计算结果如下，除了微小的数据误差，两处数据来源的结果基本一致。
混合后体积减小最大时对应的酒精度可看下面的放大图。国标数据计算的最大值在54.18%vol，书本数据计算的最大值在54.5%vol。具体精确数值不重要，因为测量结果本身还有偏差，大致范围在54%~55%vol之间。
至于前文的描述：
“有人做过这样的试验，用53.94mL纯酒精加上49.83mL水，结果总容积不是103.77mL，而是100mL。”
三、53度时酒精和水结合最紧密吗？
既然对于1L的酒精水溶液，54%~55%vol酒精度下混合后体积减小量最大是事实，那么问题来了，这是否等同于季克良说的“酒精与水尤其是在53%(v/v)左右时缔合得最牢固”呢？
贵州茅台官方微博也曾说过：
“在长期的生产实践中，茅台酒厂工人把茅台酒的最佳酒精度定义为53至54度之间。经研究，这个度数的乙醇与水结合最为紧密，达到了水乳交融的最佳状态”
我认为答案是否定的。
上述说法，主要依据是54%~55%vol时，单位酒精水溶液混合后的体积减小量最大。但大家千万别被这个表象迷惑，且不管53%vol和54%~55%vol的差异，体积减小最大和结合紧密不紧密，是两回事。下面从微观和宏观两个方面来分析。
微观层面，根据前面的化学基础知识，酒精和水结合是否紧密，取决于酒精和水分子之间氢键的键能，键能的大小主要与分子结构有关，酒精和水的分子结构是确定的，二者的混合比例是次要因素。
宏观层面，水和酒精混合，只有水或者只有酒精时，体积是对比基准，单位体积的混合液体积减小最多时，自然是水和酒精必须各有一部分，直观理解也是二者各占一半左右时效果最佳。
固定混合后的总体积，酒精度变化时水和酒精的数量都是变化的，对比没有统一的基准，因而体积减少量的大小也无法反映水与酒精结合的紧密程度。
体积减小量变大，是由于更多的酒精与水分子之间形成了氢键，主要原因是二者结合的数量变多了，而不是酒精分子与水分子之间结合的距离更紧密了。
还是举那个电梯的例子。电梯里有10位男生时，最多只能再上去1位美女，总人数11，男生个头大，他们之间就像酒精分子，间隙较大；但如果只有6位男生，则能上去6位美女，总人数12。能上的总人数变多了，主要是因为有了更多的搭配组合。但是男生与女生之间仍然保持着应有的距离，不像类似水分子的女生之间可以手拉手地密切接触。
前文提到，氢键的键能，水与水之间最强，水与乙醇次之，乙醇与乙醇最弱。键能越强，结合就更紧密，分子间隙也就越小。这与酒精比水更容易挥发相吻合。同时也说明乙醇与乙醇之间的分子间隙最大。
另外，前面分析的是不同酒精度下1升酒精水溶液的体积减小情况。事实上，要看酒精与水的结合情况，还要分析另外两种情况：向1升水中加酒精，或者向1升酒精中加水。这时混合前的其中一种体积是固定的，而不是混合后。
向1升水中加酒精，随着加入酒精量的增加，酒精度从0逐渐逼近100%vol，见下图中从左向右的红线；向1升酒精中加水，随着加入水的增加，酒精度从100%vol逐渐逼近0，见下图中从右向左的黑线。
图中的曲线变化规律很有意思。
向1L水中加入酒精时，加入的酒精越多，体积的减小量就越大，且在80%vol左右以上有急剧增加趋势。这与前文分析的酒精之间的分子间隙最大相吻合，酒精越多，水分子可填充的间隙就越多，体积减小就越明显。同时，图中红线的最大体积减小量约0.23升（酒精度接近100%vol时），远高于黑线的约0.09升（酒精度约30%vol时）。也就是说，当向足够多的酒精中加入少量水时，体积只会增加加入水量的77%，剩余的23%被淹没在酒精分子的间隙中。
酒精度接近100%时，混合后体积减小量越来越大。但我们不能据此说明酒精度接近100%时水和酒精是结合最紧密的。和前面一样，主要原因是可被结合的酒精分子变多了，而酒精分子之间间隙大，因此体积减小量最显著。事实上，此时绝大部分酒精根本就没和水结合。
分析酒精被水结合的程度，重点适宜看第三种情况。
向1L酒精中加入水时，情况就不一样了。刚开始时，体积减小量随着加入水的增加而增大，当酒精度约为30%vol时体积减小量达到最大值；但之后再加入水，体积减小量反而会有所降低。这也不难理解。由于酒精分子的间隙大，当加入足够多的水后，酒精分子的间隙就被水填满了，再加入水已没有多余的间隙可填充；而水分子之间的间隙是三种组合方式中最小的，由于水分子之间的氢键结合能力强，反而原来水与酒精之间的氢键结合会略微受到影响，体积减小量反而没那么大了。
从这个角度看，对于固定体积的纯酒精，当逐步加水至酒精度约30%vol时，混合后体积减小量最大。说这时候酒精被水结合得更紧密，我认为反而是更为合理的说法。
事实上，结合紧不紧密无需纠结，也无关紧要。因为这丝毫不影响其他方面。
比如说53度时酒精挥发最小，其实是毫无根据的。影响酒精挥发量的主要因素是酒精量的多少，也就是酒精度越高，挥发量越大。一个很浅显的事实是，几度的啤酒一闻没什么酒气，十几度的红酒闻之酒味略浓，四五十度的白酒则酒味十分明显，七十五度的医用酒精则气味刺鼻。不管多少度，如果需要长期贮存，都需要密封。
关于53度白酒，还有各种基于水分子与酒精分子结合紧密而衍生出来的各种神奇传说，比如：
水分子和酒精分子结合得最紧，白酒在口腔里比较规矩，酒精分子不会乱窜，所以顺滑、可控、口感好。
水分子和酒精分子结合得最紧，会更少地从人体里抢夺水分，饮用后口渴的感觉会比较轻微。
……
如果说离开茅台镇生产不出茅台酒的说法至少还可辩论一番——虽然我也觉得没什么科学依据，那么以上说法只是无稽之谈。
这些只不过是商品酒的度数确定后，商家的一种营销说辞而已。
四、茅台酒选53度的原因
事实上，查询网上资料，茅台酒的度数历史上也有一个演变过程。
茅台酒的前身是私人作坊王茅、华茅和赖茅，1951年政府通过赎买、没收、接管的方式，将三家酒厂收为国有。在此之前，茅台酒都是通过传统工艺酿造，酒精度数也没人留意。
1952年，经中国专卖总公司测量，酒精浓度为52.8度，这是首次确定了茅台酒的浓度。1953年，国家实行专卖管理之后，采用酒精计测量酒精浓度，酒精的度数与温度是有关联的，国际上通用的标准是在20摄氏度下测量酒精度。但由于当时的操作者不太熟悉这些仪表，只用酒精计测量却未校正温度，因此测量结果是53度左右。茅台酒的酒精浓度实际按55度左右的标准出厂。
1957年，在贵州省工业厅的指导下，曾勾兑了53、54、55几种不同浓度的茅台酒样品，经品评认为55度的香味最好。1963年6月，在广西南宁外贸座谈会上，又对几种度数的茅台酒样品进行尝评对比，多数人还是觉得55度的最好，于是在1964年轻工部备案的茅台酒标准草案第四次修订稿中标注的茅台酒酒精浓度为：在摄氏20度的温度下，酒精含量为54~56度。
对出口茅台酒，认为55度对于外国人来说太浓烈，所以出口的茅台酒以及外交用酒的度数调低了一些。1975年开始，在出口的飞天牌茅台酒上首先标明了酒精浓度，采用国际通用的标注53%vol。
此后，用于出口、后来用于出口和内销的飞天牌贵州茅台酒的标准度数一直是53度。1987年，内销的五星牌贵州茅台酒的酒精浓度也由55度过度到54度，从1988年5月起，也统一为53度。
综上来看，高度茅台酒选取53度的真正原因，是在酱香型白酒工艺本身基酒度数的基础上，结合市场对白酒口感的反馈及历史习惯演变而来。
现在说53度白酒的各种优点，大部分是先有了结果再来找原因，给消费者一个说法罢了。
五、国标及书本中的几处错误
前文用到的国家标准《GB 5009.225—2016 食品安全国家标准 酒中乙醇浓度的测定》及下载的《酒精体积分数、质量分数、密度对照表》，发现两份文件中的数据都存在错误。
错误很容易识别。因为密度随酒精度的变化，应是连续的光滑曲线，但原始数据有几个明显的尖峰跳点，应该是作者输入笔误或者当时有明显的测量误差。
▍1. 国标中的两处数据错误
国家标准《GB 5009.225—2016 食品安全国家标准 酒中乙醇浓度的测定》中有两处错误：
② 第23页第二页的酒精度25.81%vol应为26.81%vol。
该标准是2016年发布的，还比较新，标准中未说明编写单位，错误也不知道要向谁反馈。
▍2. 《酒精体积分数、质量分数、密度对照表》中的六处数据错误
《酒精体积分数、质量分数、密度对照表》数据中有六处错误或明显误差，文件中给的数据来源是2004年化学工业出版社出版的由贾树彪编著的《新编酒精工艺学》书籍。
① 酒精度18%vol时的密度原文为0.98571 g/mL，应为0.97571 g/mL。
② 酒精度33.3%vol时的密度原文为0.95768 g/mL，宜为0.95798 g/mL。
③ 酒精度45.9%vol时的密度原文为0.93893 g/mL，应为0.93793 g/mL。
④ 酒精度53.4%vol时的密度原文为0.92339 g/mL，宜为0.92336 g/mL。
⑤ 酒精度73.8%vol时的密度原文为0.8769 g/mL，应为0.8759 g/mL。
⑥ 酒精度83.4%vol时的密度原文为0.94866 g/mL，应为0.84966 g/mL。
⑦ 上述所有行的质量浓度数据也需相应修正。
我找了网上几份类似文件都有这些错误，但我手头没有书籍，不确定原书是否也存在错误。手头有书的朋友可帮确认一下，如确实有误，可向作者反馈意见后续版本修正。
这两本文件网上大都要花钱才能下载，如有需要的读者可后台发送“酒精度密度”获取下载链接。
就聊这么多。我认为以上的分析是比较客观和尊重数据的，当然由于不是自己专业，可能会存在认知盲区或错误。如有不对之处，欢迎指正交流。
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