Ionen sind hydrophil oder werden von Wassermolekülen angezogen, weil die Wassermoleküle polar sind, mit einer negativen Ladung an einem Ende und einer positiven Ladung am anderen Ende. Das positiv geladene Ende des Wassermoleküls zieht negativ geladene Ionen und das negativ geladene Ende positiv geladene Ionen an. Da Ionen auf diese Weise von den Wassermolekülen angezogen werden, nennt man sie hydrophil. Materialien aus unpolaren Molekülen neigen dazu, hydrophob oder wasserabweisend zu sein.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Ionen sind positiv oder negativ geladene Moleküle und daher hydrophil, weil sie von polar geladenen Wassermolekülen angezogen werden. Das Ende des Wassermoleküls mit dem Sauerstoffatom ist negativ geladen, während das Wasserstoffatomende positiv geladen ist. Die positiv geladenen Wasserstoffatome ziehen negativ geladene Ionen an und das Sauerstoffatom zieht positiv geladene Ionen an. Moleküle ohne Ladung wie unpolare Moleküle neigen dazu, hydrophob zu sein oder Wasser abzustoßen.
Ionen und polare Moleküle
Ein Wassermolekül wird aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom gebildet, die durch zwei polare kovalente Bindungen verbunden sind. Diese Moleküle werden als polar bezeichnet, weil sich die Ladungen an den beiden gegenüberliegenden Enden des Moleküls befinden. Das Sauerstoffatom zieht die gemeinsamen Bindungselektronen stärker an als die Wasserstoffatome, also das Sauerstoffende des Moleküls ist negativ geladen, während die beiden Wasserstoffatome positiv geladen sind berechnet.
Ionen sind Atome, die zusätzliche Elektronen abgegeben oder aufgenommen haben und daher positive oder negative Ladungen haben. Sie bilden Verbindungen mit ionischen Bindungen, dh die positiv und negativ geladenen Ionen der Verbindung ziehen sich an. Wenn die Verbindung in Wasser gelöst wird, wird jedes Ion von den Wassermolekülen angezogen und geht in Lösung. Die ionischen Bindungen führen zu hydrophilen Verbindungen und Ionen.
Kaliumchlorid, KCl, ist beispielsweise eine ionische Verbindung, die aus Kalium- und Chlorionen besteht. In Wasser lösen sich die Ionen auf und dissoziieren in positiv geladene Kaliumionen und negativ geladene Chlorionen. Beide werden von den Wassermolekülen angezogen und sind daher hydrophil.
Hydrophobe Moleküle
Da Wassermoleküle polar sind, ziehen sie sich gegenseitig an. Das negative Sauerstoffende des Wassermoleküls wird von einem der positiv geladenen Wasserstoffatome angezogen. Die Wassermoleküle bilden vergleichsweise schwache intermolekulare Bindungen, sogenannte Wasserstoffbrücken. Ionen haben eine ausreichend starke Ladung, um diese Bindungen aufzubrechen, und andere polare Moleküle können ähnliche Bindungen mit Wasserstoffmolekülen eingehen. Deshalb sind Ionen und andere polare Moleküle hydrophil.
Unpolare Moleküle haben keine unterschiedlich geladenen Enden und können daher die Wasserstoffbrückenbindungen der Wassermoleküle nicht brechen. Die Wassermoleküle bleiben aneinander gebunden und die unpolaren Moleküle können sich nicht auflösen. Das bedeutet, dass diese Materialien aus unpolaren Molekülen hydrophob oder wasserabweisend sind. Viele Fette und Öle fallen in diese Kategorie. Im Gegensatz zu Ionen, die aufgrund ihrer Ladung immer hydrophil sind, trennen sich die unpolaren Moleküle vom Wasser und können sich nicht auflösen.