Molekylær aktivitet av vann vs. Olje

Vann og olje samhandler ikke på grunn av forskjeller i polaritet. Vann er et polært molekyl, mens olje ikke er det. Vannets polaritet gir høy overflatespenning. Forskjellen i polaritet gjør også olje uoppløselig i vann. Såper kan dra nytte av disse forskjellene for å skille de to typer molekyler, og dermed lette rengjøringsprosessen.

Et polært molekyl har sitt elektrostatiske potensial fordelt ujevnt i hele molekylet. Den resulterende forskjellen i elektrisk potensial kalles et dipolmoment. Et vannmolekyl består av to hydrogenatomer bundet til et oksygenatom. Oksygenatomet utøver en sterk tiltrekkende kraft på elektronene i molekylet. Vannmolekylet har en bøyd form, hvor den negative ladningen er konsentrert rundt oksygenatomet og en netto positiv ladning er konsentrert rundt hydrogenatomene. Dette gir vann et netto dipolmoment. Oljemolekyler er derimot ikke polare. Det er ingen nettolading noe sted av oljemolekylet.

Vannets polaritet gir det muligheten til å danne hydrogenbindinger med andre molekyler. I en hydrogenbinding tiltrekker den negative oksygendipolen den positive hydrogendipolen fra et annet vannmolekyl. De resulterende bindingene kalles hydrogenbindinger, og de bidrar til vannets høye overflatespenning. For å endre overflatespenningen, kan du varme opp vannet. Denne lavere overflatespenningen gjør at vannet kan komme inn i mindre rom enn om det hadde en høyere overflatespenning.

Den relative polariteten til to molekyler er direkte knyttet til deres løselighet. Generelt involverer løsninger molekyler med lignende polaritet. Derfor er olje uoppløselig i vann. Faktisk sies det at olje er hydrofob eller "vannhat". Nettoladningene til et vannmolekyl tiltrekker seg ikke de nøytrale oljemolekylene, og omvendt. Derfor blandes ikke olje og vann. Hvis du kombinerer de to, vil du merke at de lager separate lag i en kopp.

Såper utnytter de molekylære forskjellene mellom vann og olje. En del av et såpemolekyl er ikke-polært, og kan derfor blandes med olje. En annen del av et såpemolekyl er polært, og kan derfor samhandle med vannmolekyler. Denne interaksjonen bidrar til å svekke overflatespenningen og hydrogenbindingen mellom vannmolekyler. I tillegg vil ikke-polære ender av såpemolekylene tiltrekkes av ikke-polære olje- og fettmolekyler. Dette skaper en sfærisk struktur kalt micelle, der olje- eller fettmolekylene er i sentrum, og vannet holdes utenfor.