פעילות מולקולרית של מים נגד מים. שמן

מים ושמן אינם מתקשרים זה לזה בגלל הבדלים בקוטביות. מים הם מולקולה קוטבית ואילו שמן לא. קוטביות המים מעניקה להם מתח פנים גבוה. ההבדל בקוטביות הופך את השמן גם למסיס במים. סבונים יכולים לנצל את ההבדלים הללו על מנת להפריד בין שני סוגי המולקולות, וכך להקל על תהליך הניקוי.

למולקולה קוטבית פוטנציאל אלקטרוסטטי שלה מופץ בצורה לא אחידה במולקולה. ההבדל שנוצר בפוטנציאל החשמלי נקרא רגע דיפול. מולקולת מים מורכבת משני אטומי מימן הקשורים לאטום חמצן. אטום החמצן מפעיל כוח אטרקטיבי חזק על האלקטרונים במולקולה. למולקולת המים צורה כפופה, כאשר המטען השלילי מרוכז סביב אטום החמצן ומטען חיובי נטו מרוכז סביב אטומי המימן. זה נותן למים רגע דיפול נטו. מולקולות נפט, לעומת זאת, אינן קוטביות. אין שום תשלום נטו בשום מקום של מולקולת השמן.

קוטביות המים מעניקה להם את היכולת ליצור קשרי מימן עם מולקולות אחרות. בקשר מימן, דיפול החמצן השלילי מושך את דיפול המימן החיובי ממולקולת מים אחרת. הקשרים הנובעים מכונים קשרי מימן, והם תורמים למתח השטח הגבוה של המים. על מנת לשנות את מתח הפנים, ניתן לחמם את המים. מתח פני השטח התחתון הזה מאפשר למים להיכנס לחללים קטנים יותר מאשר אם היה להם מתח פנים גבוה יותר.

הקוטביות היחסית של שתי מולקולות קשורה ישירות למסיסות שלהן. באופן כללי, פתרונות כוללים מולקולות בעלות קוטביות דומה. לכן, שמן אינו מסיס במים. למעשה, אומרים שנפט הוא הידרופובי, או "שונא מים". מטעני הרשת של מולקולת מים אינם מושכים את מולקולות השמן הנייטרליות, ולהיפך. מכאן ששמן ומים אינם מתערבבים. אם תשלב בין השניים, תבחין שהם יוצרים שכבות נפרדות בכוס.

סבונים מנצלים את ההבדלים המולקולריים בין מים לשמן. חלק ממולקולת סבון אינה פולרית, ולכן יכולה להתערבב עם שמן. חלק אחר של מולקולת סבון הוא קוטבי, ולכן יכול לקיים אינטראקציה עם מולקולות מים. אינטראקציה זו מסייעת להחליש את מתח הפנים ואת קשירת המימן בין מולקולות מים. בנוסף, הקצוות הלא-קוטביים של מולקולות הסבון יימשכו למולקולות השמן והשומן הלא קוטביות. זה יוצר מבנה כדורית הנקרא מישל, שבו מולקולות השמן או השומן במרכז, והמים נשמרים בחוץ.