Jeśli dwóch twoich przyjaciół zmiesza się jak olej i woda i zaprosisz ich obu na imprezę, sprawy mogą stać się niezręczne. Olej i woda są niemieszalny, co oznacza, że nie mieszają się. Jeśli twoi znajomi będą musieli pozostać w tym samym pokoju, prawdopodobnie skończą po przeciwnych stronach, patrząc na siebie wzrokiem. Zasadniczo to się dzieje, gdy dodajesz olej do pojemnika z wodą: cząsteczki oleju i wody pozostają rozdzielone, a ponieważ olej jest mniej gęsty, cząsteczki oleju grawitują do góry pojemnika i opuszczają dolną część pojemnika na wodę molekuły.
Dodaj jednak mydło do mieszanki oleju i wody, a sprawy mają się inaczej. Mydło zachowuje się jak trzecia osoba, która jest w dobrych stosunkach z obojgiem twoich przyjaciół i może sprawić, że poczują się wystarczająco komfortowo, aby pozostać w tym samym pokoju. Mydło nie rozpuszcza oleju w wodzie, ale pomaga rozbić cząsteczki oleju na mniejsze, które mogą rozproszyć się w wodzie.
Jak mydło pośredniczy między olejem a wodą?
Kiedy dwa atomy wodoru łączą się z atomem tlenu, tworząc cząsteczkę wody, wodory migrują na jedną stronę tlenu, tworząc różnicę ładunków między obiema stronami. Cząsteczki wody elektrostatycznie przyciągają się, tworząc wiązanie wodorowe, które nie jest tak silne jak wiązanie kowalencyjne utrzymujące cząsteczki razem, ale wciąż jest dość silne. Woda będzie mieszać się tylko z innymi cząsteczkami polarnymi lub naładowanymi jonami z przyciąganiem elektrycznym wystarczającym do zerwania lub przynajmniej zmodyfikowania tego wiązania wodorowego.
Cząsteczki oleju są znacznie większe niż cząsteczki wody, a co ważniejsze, nie mają ładunek polarny. Kiedy wlewasz olej do wody, cząsteczki oleju nie mogą odciągnąć cząsteczek wody od ich wiązania wodorowego, więc cząsteczki oleju zlepiają się i tworzą duże kule, które migrują na powierzchnię, gdzie tworzą oddzielne warstwa.
Struktura cząsteczki mydła to długi łańcuch węglowodorów z jednym nienaładowanym końcem, a drugim końcem jonowym lub naładowanym. Cząsteczka mydła jest hydrofilowy i hydrofobowy, co oznacza, że jest zarówno przyciągany, jak i odpychany przez wodę. Ponieważ nienaładowany koniec miesza się z olejem, a naładowany koniec miesza się z wodą, cząsteczki mydła mogą rozbić cząsteczki oleju na mniejsze i pozwól przyłączonym do nich cząsteczkom wody otoczyć mniejsze fragmenty oleju, tworząc emulsja.
Eksperyment z olejem, wodą i mydłem
Możesz zobaczyć tę dynamikę w działaniu, wlewając olej roślinny do szklanki wody. Zwróć uwagę, jak olej tworzy kulki, które migrują na powierzchnię. Możesz rozerwać te kulki przez potrząsanie szklanką, ale gdy tylko potrząsanie ustanie, kulki odbudowują się, a olej ponownie się podnosi.
Teraz dodaj kilka porcji mydła do naczyń i ponownie wstrząśnij. Tym razem mieszanina stanie się mętna. Zmętnienie występuje, ponieważ mydło rozbija cząsteczki oleju na mniejsze fragmenty i rozprasza je w całym roztworze. Olej nie rozpuszczał się w taki sam sposób, jak sól rozpuszcza się w wodzie; cząsteczki są po prostu zbyt małe i zbyt daleko od siebie, aby uformować się w grudki, ale przegrupują się, jeśli pozostawisz pojemnik na noc.
Mydło czyści tłuste naczynia
Przydatnym wnioskiem z eksperymentu z olejem i wodą jest to, że próba czyszczenia tłustych i tłustych naczyń wodą sam się nie uda, bo olej nie miesza się i pozostanie na naczyniach, bez względu na to, ile podlejesz posługiwać się. Ciepła woda pomaga, ale tylko trochę. Potrzebujesz mydła, aby dobrze wykonać tę pracę, ponieważ mydło rozbija cząsteczki oleju i pozwala cząsteczkom wody je otoczyć, dzięki czemu zmyją się.