Ionen zijn hydrofiel of worden aangetrokken door watermoleculen omdat de watermoleculen polair zijn, met een negatieve lading aan het ene uiteinde en een positieve lading aan het andere uiteinde. Het positief geladen uiteinde van het watermolecuul trekt negatief geladen ionen aan en het negatief geladen uiteinde positief geladen ionen. Omdat ionen op deze manier door de watermoleculen worden aangetrokken, zouden ze hydrofiel zijn. Materialen die bestaan uit niet-polaire moleculen hebben de neiging hydrofoob of waterafstotend te zijn.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Ionen zijn positief of negatief geladen moleculen en zijn daarom hydrofiel omdat ze worden aangetrokken door polair geladen watermoleculen. Het uiteinde van het watermolecuul met het zuurstofatoom is negatief geladen, terwijl het waterstofatoom uiteinde positief is geladen. De positief geladen waterstofatomen trekken negatief geladen ionen aan en het zuurstofatoom trekt positief geladen ionen aan. Moleculen zonder enige lading, zoals niet-polaire moleculen, hebben de neiging hydrofoob te zijn of water af te stoten.
Ionen en polaire moleculen
Een watermolecuul wordt gevormd uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom verbonden door twee polaire covalente bindingen. Deze moleculen worden polair genoemd omdat de ladingen zich aan de twee tegenovergestelde uiteinden van het molecuul bevinden. Het zuurstofatoom trekt de gedeelde bindingselektronen sterker aan dan de waterstofatomen, dus het zuurstofuiteinde van het molecuul is negatief geladen, terwijl de twee waterstofatomen positief zijn opgeladen.
Ionen zijn atomen die extra elektronen hebben opgegeven of gekregen en daarom positieve of negatieve ladingen hebben. Ze vormen verbindingen met ionische bindingen, wat betekent dat de positief en negatief geladen ionen van de verbinding elkaar aantrekken. Wanneer de verbinding in water wordt opgelost, wordt elk ion aangetrokken door de watermoleculen en gaat het in oplossing. De ionische bindingen resulteren in hydrofiele verbindingen en ionen.
Kaliumchloride, KCl, is bijvoorbeeld een ionische verbinding die bestaat uit kalium- en chloorionen. In water lossen de ionen op en dissociëren ze in positief geladen kaliumionen en negatief geladen chloorionen. Beide worden aangetrokken door de watermoleculen en zijn daarom hydrofiel.
Hydrofobe moleculen
Omdat watermoleculen polair zijn, worden ze tot elkaar aangetrokken. Het negatieve zuurstofuiteinde van het watermolecuul wordt aangetrokken door een van de positief geladen waterstofatomen. De watermoleculen vormen relatief zwakke intermoleculaire bindingen die waterstofbruggen worden genoemd. Ionen hebben een lading die sterk genoeg is om deze bindingen te verbreken en andere polaire moleculen kunnen vergelijkbare bindingen vormen met waterstofmoleculen. Dat is de reden waarom ionen en andere polaire moleculen hydrofiel zijn.
Niet-polaire moleculen hebben geen verschillend geladen uiteinden en kunnen dus de waterstofbruggen van de watermoleculen niet verbreken. De watermoleculen blijven aan elkaar gebonden en de niet-polaire moleculen kunnen niet oplossen. Dit betekent dat deze materialen, bestaande uit niet-polaire moleculen, hydrofoob of waterafstotend zijn. Veel vetten en oliën vallen in deze categorie. In tegenstelling tot ionen, die door hun lading altijd hydrofiel zijn, scheiden de niet-polaire moleculen zich van water en kunnen ze niet oplossen.