ทำไมไขมันจึงไม่ละลายในน้ำ?

ไขมันเป็นกลุ่มของสารเคมีที่มีสเตียรอยด์ ไขมัน และไขที่มีลักษณะไม่ละลายน้ำ ความไม่ละลายน้ำนี้มักเรียกกันว่าไม่ชอบน้ำหรือ "กลัวน้ำ" อย่างไรก็ตาม คำนี้อาจทำให้เข้าใจผิดเนื่องจากไม่สามารถละลายได้ใน น้ำเกิดจากความสัมพันธ์ของโมเลกุลของน้ำกับโมเลกุลของน้ำอื่น ๆ มากกว่าแรงผลักระหว่างไขมันและน้ำ โมเลกุล

พันธะคาร์บอนกับคาร์บอน และพันธะคาร์บอนกับไฮโดรเจนที่พบในลิพิดถือว่าไม่มีขั้ว ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนในพันธะจะถูกใช้ร่วมกันอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอม ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนในพันธะระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำจะไม่ถูกแบ่งออก ทำให้เกิดประจุบวกเล็กน้อยบนอะตอมไฮโดรเจนและประจุลบเล็กน้อยบน อะตอมออกซิเจน ประจุเล็กน้อยเหล่านี้บนอะตอมในโมเลกุลของน้ำ เรียกว่าไดโพล ส่งผลให้น้ำถูกเรียกว่าโมเลกุลมีขั้ว

พันธะโควาเลนต์ขั้วเช่นที่พบในน้ำทำให้เกิดพันธะไฮโดรเจนซึ่งเป็นแรงดึงดูดที่อ่อนแอ weak ระหว่างประจุลบเล็กน้อยในโมเลกุลขั้วหนึ่งกับประจุบวกเล็กน้อยในขั้วที่อยู่ติดกัน โมเลกุล แม้ว่าพันธะไฮโดรเจนแต่ละตัวจะอ่อน แต่ผลสะสมของพันธะดังกล่าวมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบที่มีขั้ว สารประกอบที่มีขั้วมักจะมีจุดหลอมเหลวที่สูงกว่าสารประกอบไม่มีขั้วที่มีน้ำหนักโมเลกุลใกล้เคียงกันมาก และความสามารถในการละลายได้รับอิทธิพลจากการมีหรือไม่มีพันธะไฮโดรเจน

ลิปิดเกิดจากสายโซ่ยาวของไฮโดรคาร์บอน สารประกอบไฮโดรคาร์บอนมีความโดดเด่นสำหรับพันธะคาร์บอนกับคาร์บอนที่มีลำดับยาว โดยมีอะตอมของไฮโดรเจนถูกผูกมัดกับอะตอมของคาร์บอน อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ที่คล้ายคลึงกันซึ่งเป็นการวัดความสามารถของอะตอมในการดึงดูดอิเล็กตรอนของอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนส่งผลให้ไฮโดรคาร์บอนสร้างสายโซ่ที่ไม่มีขั้วยาว

อะตอมของคาร์บอนอาจจับกับอะตอมเพิ่มเติมได้ถึงสี่อะตอม อิเล็กตรอนคู่เดียวที่ใช้ร่วมกันระหว่างสองอะตอมเรียกว่าพันธะเดี่ยว ไขมันอิ่มตัวมีพันธะเดี่ยวระหว่างคาร์บอนบนสายโซ่ (คาร์บอนมักสร้างพันธะเดี่ยวกับไฮโดรเจน) ในไขมันไม่อิ่มตัว หนึ่งในพันธะระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนจะถูกพันธะคู่ (มีอิเล็กตรอนสี่ตัวร่วมกันระหว่างอะตอม) พันธะคู่นี้ช่วยลดจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนบนโมเลกุล และสร้างการโค้งงอในสายโซ่ พูดง่ายๆ ก็คือ ไขมันอิ่มตัวนั้นมีอะตอมของไฮโดรเจนอยู่รอบๆ สายโซ่ของคาร์บอนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยที่ไขมันที่ไม่อิ่มตัวจะมีปริมาณน้อยกว่า มากกว่าจำนวนสูงสุดของอะตอมไฮโดรเจนที่เป็นไปได้ที่อยู่รอบๆ ห่วงโซ่คาร์บอนอันเป็นผลมาจากพันธะคู่ระหว่างคาร์บอนตั้งแต่สองตัวขึ้นไป อะตอม

ลิปิดบางชนิดเป็นแอมฟิพาทิกที่มีกลุ่มเคมีที่ชอบน้ำ เช่น หมู่คาร์บอกซิลหรือฟอสเฟตติดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง ปลายที่ชอบน้ำมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลของน้ำในขณะที่ส่วนหางที่ไม่ชอบน้ำของโมเลกุลยังคงมีลักษณะไม่ชอบน้ำ ลักษณะคู่นี้ทำให้โมเลกุลเหล่านี้ก่อตัวเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีชีวิต พวกมันยังมีอยู่ในสบู่ที่การรวมกันของหางไม่ชอบน้ำและหัวที่ชอบน้ำช่วยให้ไขมันอื่น ๆ สามารถละลายในน้ำได้