Als twee van je vrienden zich mengen als olie en water, en je ze allebei uitnodigt voor een feestje, kan het lastig worden. Olie en water zijn niet mengbaar, wat betekent dat ze niet mengen. Als je vrienden in dezelfde kamer moeten blijven, zullen ze waarschijnlijk aan weerszijden komen te staan en elkaar starend aankijken. Dit is in wezen wat er gebeurt als je olie toevoegt aan een bak met water: de olie- en watermoleculen blijven uit elkaar, en omdat olie is minder dicht, de oliemoleculen trekken naar de bovenkant van de container en laten het onderste deel van de container over aan het water moleculen.
Voeg echter zeep toe aan een mengsel van olie en water en de zaken zijn anders. Soap gedraagt zich als een derde persoon die op goede voet staat met je beide vrienden en kan ervoor zorgen dat ze zich comfortabel genoeg voelen om in dezelfde kamer te blijven. Zeep laat olie niet oplossen in water, maar het helpt de oliemoleculen te breken in kleinere die zich in water kunnen verspreiden.
Hoe zeep bemiddelt tussen olie en water
Wanneer twee waterstofatomen zich combineren met een zuurstofatoom om een watermolecuul te vormen, migreren de waterstofatomen naar één kant van de zuurstof, waardoor een ladingsverschil tussen de twee kanten ontstaat. Watermoleculen trekken elkaar elektrostatisch aan om een waterstofbinding te vormen, die niet zo sterk is als de covalente binding die de moleculen bij elkaar houdt, maar toch behoorlijk sterk is. Water zal zich alleen vermengen met andere polaire moleculen of geladen ionen met een elektrische aantrekkingskracht die voldoende is om deze waterstofbinding te verbreken of op zijn minst te wijzigen.
Oliemoleculen zijn veel groter dan watermoleculen, en belangrijker nog, ze hebben geen polaire lading. Als je olie in water giet, kunnen de oliemoleculen de watermoleculen niet wegleiden van hun waterstofbinding, dus de oliemoleculen klonteren samen en vormen grote klodders die naar de oppervlakte migreren, waar ze een afzonderlijke laag.
De zeepmolecuulstructuur is een lange reeks koolwaterstoffen met één ongeladen uiteinde en het andere uiteinde ionisch of geladen. Het zeepmolecuul is hydrofiel en hydrofoob, wat betekent dat het zowel wordt aangetrokken door als afgestoten door water. Omdat het ongeladen uiteinde zich vermengt met olie en het geladen uiteinde zich vermengt met water, kunnen zeepmoleculen de oliemoleculen breken in kleinere en laat de watermoleculen die eraan vast zitten de kleinere oliefragmenten omringen, waardoor een emulsie.
Olie-, water- en zeepexperiment
Je kunt deze dynamiek in actie zien door plantaardige olie in een glas water te gieten. Merk op hoe de olie parels vormt die naar het oppervlak migreren. Je kunt deze kralen uit elkaar breken door het glas te schudden, maar zodra het schudden stopt, hervormen de kralen en stijgt de olie weer.
Voeg nu een paar scheutjes afwasmiddel toe en schud opnieuw. Deze keer wordt het mengsel troebel. De troebelheid treedt op omdat de zeep de oliemoleculen in kleinere fragmenten breekt en deze door de oplossing verspreidt. De olie loste niet op dezelfde manier op als zout in water oplost; de moleculen zijn gewoon te klein en te ver uit elkaar om in klonten te vormen, maar ze zullen zich hergroeperen als je de container een nacht laat staan.
Zeep reinigt vette gerechten
Een bruikbare conclusie van een olie- en waterexperiment is dat het proberen om vette en olieachtige gerechten met water schoon te maken alleen is gedoemd te mislukken, omdat de olie niet vermengt en op de borden blijft zitten, hoeveel water je ook gebruikt gebruik. Warm water helpt, maar slechts een beetje. Je hebt zeep nodig om het werk goed te doen, want zeep breekt de oliemoleculen af en laat de watermoleculen ze omringen, zodat ze wegspoelen.