Veden molekyyliaktiivisuus vs. Öljy

Vesi ja öljy eivät ole vuorovaikutuksessa napaisuuserojen vuoksi. Vesi on polaarimolekyyli, kun taas öljy ei. Veden napaisuus antaa sille suuren pintajännityksen. Polaarisuusero tekee öljystä myös veteen liukenemattoman. Saippuat voivat hyödyntää näitä eroja kahden tyyppisten molekyylien erottamiseksi, mikä helpottaa puhdistusprosessia.

Polaarimolekyylin sähköstaattinen potentiaali on jakautunut epätasaisesti koko molekyyliin. Tuloksena olevaa eroa sähköpotentiaalissa kutsutaan dipolimomentiksi. Vesimolekyyli koostuu kahdesta vetyatomista, jotka ovat sitoutuneet happiatomiin. Happiatomi kohdistaa voimakkaan vetovoiman molekyylin elektroneihin. Vesimolekyylillä on taivutettu muoto, jossa negatiivinen varaus keskittyy happiatomin ympärille ja positiivinen nettovaraus keskittyy vetyatomien ympärille. Tämä antaa vedelle nettodipolimomentin. Öljymolekyylit eivät sen sijaan ole napaisia. Öljymolekyylin missään paikassa ei ole nettovarausta.

Veden napaisuus antaa sille kyvyn muodostaa vetysidoksia muiden molekyylien kanssa. Vetysidoksessa negatiivinen happidipoli houkuttelee positiivisen vetydipolin toisesta vesimolekyylistä. Tuloksena olevia sidoksia kutsutaan vetysidoksiksi, ja ne vaikuttavat veden korkeaan pintajännitykseen. Pintajännityksen muuttamiseksi voit lämmittää vettä. Tämän pienemmän pintajännityksen ansiosta vesi pääsee pienempiin tiloihin kuin jos sillä olisi suurempi pintajännitys.

Kahden molekyylin suhteellinen polaarisuus liittyy suoraan niiden liukoisuuteen. Yleensä ratkaisuihin liittyy molekyylejä, joilla on samanlainen napaisuus. Siksi öljy on veteen liukenematon. Itse asiassa öljyn sanotaan olevan hydrofobista tai "vettä vihaavaa". Vesimolekyylin nettovaraukset eivät houkuttele neutraaleja öljymolekyylejä ja päinvastoin. Öljy ja vesi eivät siten sekoita. Jos yhdistät nämä kaksi, huomaat, että ne luovat erilliset kerrokset kuppiin.

Saippuat hyödyntävät veden ja öljyn molekyylieroja. Osa saippuamolekyylistä on ei-polaarinen ja voi siksi sekoittua öljyn kanssa. Toinen osa saippuamolekyylistä on polaarinen ja voi siksi olla vuorovaikutuksessa vesimolekyylien kanssa. Tämä vuorovaikutus auttaa heikentämään vesimolekyylien välistä pintajännitystä ja vetysidosta. Lisäksi saippumolekyylien polaarittomat päät houkuttelevat polaarittomiin öljy- ja rasvamolekyyleihin. Tämä luo pallomaisen rakenteen, jota kutsutaan miselliksi, jossa öljy- tai rasvamolekyylit ovat keskellä ja vesi pidetään ulkona.