Ha két barátod keveredik, mint az olaj és a víz, és meghívod őket mindkettőre egy buliba, a dolgok kínosak lehetnek. Olaj és víz keverhetetlen, ami azt jelenti, hogy nem keverednek. Ha a barátaidnak ugyanabban a szobában kell maradniuk, valószínűleg az ellenkező oldalra kerülnek, egymásra meredve. Lényegében ez történik, amikor olajat ad egy tartály vízhez: Az olaj és a vízmolekulák egymástól távol maradnak, és azért, mert az olaj kevésbé sűrű, az olajmolekulák a tartály tetejére gravitálódnak, és a tartály alsó részét a vízbe hagyják molekulák.
Adjunk hozzá szappant az olaj és a víz keverékéhez, és a dolgok másként alakulnak. A szappan úgy viselkedik, mint egy harmadik ember, aki jóban van mindkét barátjával, és elég kényelmessé teheti őket abban, hogy egy szobában maradjanak. A szappan nem oldja fel az olajat a vízben, de segíti az olajmolekulák kisebb részekre bontását, amelyek vízben diszpergálódhatnak.
Hogyan közvetít a szappan az olaj és a víz között
Amikor két hidrogénatom egy oxigénatommal kombinálva vízmolekulát képez, a hidrogének az oxigén egyik oldalára vándorolva töltéskülönbséget hoznak létre a két oldal között. A vízmolekulák elektrosztatikusan vonzzák egymást hidrogénkötés kialakítására, amely nem olyan erős, mint a molekulákat összetartó kovalens kötés, de még mindig elég erős. A víz csak más poláris molekulákkal vagy töltött ionokkal keveredik, amelyek olyan elektromos vonzerővel rendelkeznek, amely elegendő ahhoz, hogy ezt a hidrogénkötést megszakítsa vagy legalább módosítsa.
Az olajmolekulák sokkal nagyobbak, mint a vízmolekulák, és ami még fontosabb, nincsenek sarki töltés. Ha olajat öntünk vízbe, az olajmolekulák nem tudják elkápráztatni a vízmolekulákat a hidrogénkötésüktől, tehát az olajmolekulák összetapadnak, és nagy gömböket képeznek, amelyek a felszínre vándorolnak, ahol különállóvá alakulnak réteg.
A szappanmolekula szerkezete egy hosszú szénhidrogénsor, amelynek egyik vége töltetlen, a másik vége ionos vagy töltött. A szappanmolekula az hidrofil és hidrofób, vagyis egyszerre vonzza és taszítja a víz. Mivel a töltetlen vég keveredik olajjal, a töltött vég pedig vízzel keveredik, a szappanmolekulák megtörhetik az olajmolekulákat kisebbekbe, és hagyják, hogy a hozzájuk kapcsolódó vízmolekulák körülvegyék a kisebb olajtöredékeket, létrehozva egy emulzió.
Olaj-, víz- és szappankísérlet
Láthatja ezt a dinamikát működés közben, ha növényi olajat önt egy pohár vízbe. Vegye figyelembe, hogy az olaj hogyan képezi a felszínre vándorló gyöngyöket. Ezeket a gyöngyöket széttörheti az üveg megrázásával, de amint a rázás megszűnik, a gyöngyök megreformálódnak, és az olaj újra felemelkedik.
Most adjon hozzá néhány mosogatószeres szappant, és rázza meg újra. Ezúttal zavaros lesz a keverék. A felhősség azért következik be, mert a szappan az olajmolekulákat kisebb töredékekre bontja és az oldatban szétszórja. Az olaj nem oldódott fel ugyanúgy, mint a só vízben; a molekulák csak túl kicsiek és túlságosan szétszóródnak ahhoz, hogy csomókká alakuljanak, de újra összeállnak, ha egy éjszakán át hagyják állni a tartályt.
A szappan tisztítja a zsíros ételeket
Hasznos olaj- és vizes kísérleti következtetés az, hogy a zsíros és olajos edényeket vízzel próbálják megtisztítani önmagában valószínűleg kudarcot vall, mert az olaj nem keveredik össze, és az edényeken marad, függetlenül attól, hogy mennyi vizet fogyaszt használat. Forró víz segít, de csak egy kicsit. Szappanra van szüksége a munka megfelelő elvégzéséhez, mert a szappan széttöri az olajmolekulákat, és lehetővé teszi, hogy a vízmolekulák körülvegyék őket, így lemosódnak.