יונים הידרופיליים או נמשכים למולקולות מים מכיוון שמולקולות המים הן קוטביות, עם מטען שלילי בקצה אחד ומטען חיובי בקצה השני. הקצה הטעון החיובי של מולקולת המים מושך יונים טעונים שלילית והקצה הטעון השלילית יונים טעונים חיובי. מכיוון שיונים נמשכות למולקולות המים בצורה זו, נאמר שהם הידרופיליים. חומרים המורכבים ממולקולות לא קוטביות נוטים להיות הידרופובי או דוחה מים.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
יונים הם מולקולות טעונות חיובית או שלילית ולכן הם הידרופיליים מכיוון שהם נמשכים למולקולות מים בעלות טעינה קוטבית. קצה מולקולת המים עם אטום החמצן טעון שלילית ואילו קצה אטום המימן טעון באופן חיובי. אטומי המימן הטעונים באופן חיובי מושכים יונים בעלי מטען שלילי ואטום החמצן מושך יונים טעונים חיוביים. מולקולות ללא מטענים כגון מולקולות שאינן קוטביות נוטות להיות הידרופוביות או להדוף מים.
יונים ומולקולות קוטביות
מולקולת מים נוצרת משני אטומי מימן ואטום חמצן המקושר בשני קשרים קוולנטיים קוטביים. מולקולות אלה נקראות קוטביות מכיוון שהמטענים נמצאים בשני הקצוות המנוגדים של המולקולה. אטום החמצן מושך אליו את האלקטרונים המקשרים המשותפים בצורה חזקה יותר מאשר אטומי המימן קצה החמצן של המולקולה טעון שלילית ואילו שני אטומי המימן הם חיוביים טעונה.
יונים הם אטומים שוויתרו או קיבלו אלקטרונים נוספים ולכן יש להם מטענים חיוביים או שליליים. הם יוצרים תרכובות עם קשרים יוניים, כלומר היונים הטעונים באופן חיובי ושלילי של התרכובת מושכים זה את זה. כאשר התרכובת מומסת במים, כל יון נמשך למולקולות המים ונכנס לתמיסה. הקשרים היוניים גורמים לתרכובות ויונים הידרופיליים.
לדוגמא, אשלגן כלורי, KCl, הוא תרכובת יונית המורכבת מיוני אשלגן וכלור. במים היונים מתמוססים ומתנתקים ליוני אשלגן טעונים חיוביים ויוני כלור טעונים שלילית. שתיהן נמשכות למולקולות המים ולכן הידרופיליות.
מולקולות הידרופוביות
מכיוון שמולקולות מים הן קוטביות, הן נמשכות זו לזו. קצה החמצן השלילי של מולקולת המים נמשך לאחד מאטומי המימן הטעונים באופן חיובי. מולקולות המים יוצרות קשרים בין מולקולריים חלשים יחסית הנקראים קשרי מימן. ליונים יש מטען חזק מספיק כדי לשבור קשרים אלה ומולקולות קוטביות אחרות יכולות ליצור קשרים דומים עם מולקולות מימן. לכן יונים ומולקולות קוטביות אחרות הידרופיליות.
למולקולות שאינן קוטביות אין קצוות טעונים אחרת ולכן אינן יכולות לשבור את קשרי המימן של מולקולות המים. מולקולות המים נשארות קשורות זו לזו והמולקולות הלא קוטביות אינן יכולות להתמוסס. פירוש הדבר שחומרים אלה, המורכבים ממולקולות לא קוטביות, הידרופוביים או דוחים מים. שומנים ושמנים רבים נכנסים לקטגוריה זו. בניגוד ליונים, שתמיד הידרופיליים בגלל מטענם, המולקולות הלא קוטביות נפרדות מהמים ולא יכולות להתמוסס.