Aktywność molekularna wody vs. Olej

Woda i olej nie oddziałują ze względu na różnice w polaryzacji. Woda jest cząsteczką polarną, podczas gdy olej nie. Polaryzacja wody zapewnia jej wysokie napięcie powierzchniowe. Różnica w polarności sprawia również, że olej jest nierozpuszczalny w wodzie. Mydła mogą wykorzystać te różnice, aby oddzielić dwa rodzaje cząsteczek, ułatwiając w ten sposób proces czyszczenia.

Cząsteczka polarna ma swój potencjał elektrostatyczny rozłożony nierównomiernie w całej cząsteczce. Powstała różnica potencjału elektrycznego nazywana jest momentem dipolowym. Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru związanych z atomem tlenu. Atom tlenu wywiera silną siłę przyciągania na elektrony w cząsteczce. Cząsteczka wody ma wygięty kształt, w którym ładunek ujemny jest skoncentrowany wokół atomu tlenu, a ładunek dodatni netto jest skoncentrowany wokół atomów wodoru. Daje to wodzie moment dipolowy netto. Z drugiej strony cząsteczki oleju nie są polarne. W żadnym miejscu cząsteczki oleju nie ma ładunku netto.

Polarność wody daje jej zdolność tworzenia wiązań wodorowych z innymi cząsteczkami. W wiązaniu wodorowym ujemny dipol tlenu przyciąga dodatni dipol wodoru z innej cząsteczki wody. Powstałe wiązania nazywane są wiązaniami wodorowymi i przyczyniają się do wysokiego napięcia powierzchniowego wody. Aby zmienić napięcie powierzchniowe, możesz podgrzać wodę. To niższe napięcie powierzchniowe pozwala wodzie dostać się do mniejszych przestrzeni, niż gdyby miała wyższe napięcie powierzchniowe.

Względna polarność dwóch cząsteczek bezpośrednio odnosi się do ich rozpuszczalności. Ogólnie rzecz biorąc, roztwory zawierają cząsteczki o podobnej polarności. Dlatego olej jest nierozpuszczalny w wodzie. W rzeczywistości mówi się, że olej jest hydrofobowy lub „nienawidzi wody”. Ładunki netto cząsteczki wody nie przyciągają cząsteczek neutralnego oleju i odwrotnie. Dlatego olej i woda nie mieszają się. Jeśli połączysz te dwa, zauważysz, że tworzą oddzielne warstwy w filiżance.

Mydła wykorzystują różnice molekularne między wodą a olejem. Część cząsteczki mydła jest niepolarna i dlatego może mieszać się z olejem. Inna część cząsteczki mydła jest polarna i dlatego może wchodzić w interakcje z cząsteczkami wody. Ta interakcja pomaga osłabić napięcie powierzchniowe i wiązania wodorowe między cząsteczkami wody. Ponadto niepolarne końce cząsteczek mydła będą przyciągane do niepolarnych cząsteczek oleju i smaru. Tworzy to kulistą strukturę zwaną micelą, w której cząsteczki oleju lub tłuszczu znajdują się w centrum, a woda jest utrzymywana na zewnątrz.