Wycieki oleju i sosy do sałatek pokazują ważną naukową lekcję: olej i woda nie mieszają się. Przyczyny tego zjawiska dotyczą najmniejszych cząstek, które składają się na każdą z tych substancji. Struktura molekularna wody i oleju determinuje sposób ich wzajemnego oddziaływania. Wbrew powszechnemu przekonaniu olej i woda nie odpychają się nawzajem. Spojrzenie na ich najbardziej podstawowe właściwości pokazuje, dlaczego się rozdzielają.
Polaryzacja i niepolarność cząsteczek
Oddziaływanie wody i oleju wynika z ładunku elektrycznego cząsteczek wody. Cząsteczka wody zawiera dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu, stąd jej naukowa nazwa „H20”. Atomy wodoru emitują a dodatni ładunek elektryczny na jednym końcu cząsteczki, a atomy tlenu odkładają ujemny ładunek elektryczny na drugim bok. Z tego powodu naukowcy określają cząsteczki wody jako „polarne”. Cząsteczki oleju nie zawierają ładunku, co oznacza, że są niepolarne.
Przyciąganie cząsteczek
Atomy z ładunkiem ujemnym przyciągają te z ładunkiem dodatnim. Tak więc ujemnie naładowany atom tlenu na końcu jednej cząsteczki wody przyciąga dodatnio naładowane atomy wodoru na końcu drugiej. Tworzą połączenie zwane „wiązaniem wodorowym”. Ze względu na ładunek elektryczny cząsteczek wody, cząsteczki oleju silniej przyciągają wodę niż inne cząsteczki oleju. Z tego powodu olej ma tendencję do tworzenia cienkiej warstwy po upuszczeniu w niewielkich ilościach na wodę. Cząsteczki oleju próbują rozprzestrzenić się, aby przyczepić się do wody, zamiast tworzyć ciasną kulę połączonych ze sobą cząsteczek oleju.
Cząsteczki wody sklejają się ze sobą
Ze względu na swoją polarność cząsteczki wody mają silniejsze przyciąganie do siebie niż do cząsteczek oleju. Cząsteczki oleju próbują połączyć się z wodą, ale wiązania wodorowe łączące cząsteczki wody ze sobą pozostają zbyt silne, aby je wpuścić. Jeśli zostanie naciągnięty na powierzchnię wody, olej rozciągnie się do warstwy o grubości jednej cząsteczki, ponieważ każda cząsteczka oleju próbuje przyczepić się do wody. Wstrząśnięte w wodzie cząsteczki oleju formują się w oddzielne kulki, ponieważ wiązania łączące cząsteczki wody nie pękają łatwo, aby je wpuścić.
Dlaczego olej unosi się w wodzie?
Ponieważ cząsteczki wody nie przepuszczają cząsteczek oleju przez ich połączenia, olej jest wypychany ze środka wody. Nie znajdziesz słoika z wodą z olejem umieszczonym pośrodku - cząsteczki wody nie rozdzielą się, aby umożliwić ten scenariusz. Cząsteczki wody wykazują większą gęstość niż cząsteczki oleju, co oznacza, że ważą więcej. Ponieważ jest lżejszy, olej unosi się do góry. Po wymieszaniu olej i wodę zawsze ponownie oddzielają się olejem na wierzchu.