Tại sao dầu không thể hòa với nước? - John Pollard

Xem bài học đầy đủ tại: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-oil-and-water-mix-john-pollard

Muối tan trong nước, dầu thì không. Tại sao thế? Bạn có thể hình dung một cốc nước là một sàn nhảy sôi đông, nơi mà nước liên tục thay đổi bạn nhảy và chúng lại thích nhảy với các phân tử muối hơn. John Pollard dùng hai định lý hóa học, sự chuyển hóa năng lượng của chất và nhiệt động lực, để giải thich quy luật của sàn nhảy này.

Bài học bởi John Pollard, đồ họa bởi Andrew Foerster.

Tại sao muối hòa tan được trong nước
nhưng dầu thì lại không?

Vâng, ngắn gọn trong một từ,
hóa học,

nhưng đó không phải
là câu trả lời làm hài lòng, đúng không?

Vâng, lý do muối hòa tan
còn dầu thì không

xuất phát từ hai lý do chính

tại sao điều đó lại xảy ra:

sự chuyển hóa của các loại năng lượng

và động lực học.

sự chuyển hóa của các loại năng lượng
đối phó chủ yếu

với lực hấp dẫn giữa những các vật thể.

Khi chúng ta
nhìn vào dầu hoặc muối trong nước,

chúng ta tập trung vào
các lực giữa các hạt phân tử

trên một quy mô rất, rất, rất nhỏ,

mức độ phân tử.

Để cho bạn
dễ hình dung về quy mô này,

trong một ly nước,

có rất nhiều phân tử hơn

so với các ngôi sao được biết
đến trong vũ trụ này.

Bây giờ, tất cả các phân tử này
đang trong chuyển động liên tục,

di chuyển, rung, và xoay vòng.

Những gì ngăn cản
hầu như tất cả những phân tử

bay ra khỏi cốc nước

là sự tương tác hấp dẫn giữa các phân tử.

Sức mạnh của sự tương tác

giữa nước, chính nó, và các chất khác

là những gì chúng tôi muốn nói
l khi nói rằng năng lượng chuyển hóa.

Bạn có thể nghĩ về
các phân tử nước tham gia

trong một điệu nhảy liên tục,

giống như một điệu nhảy xoay vòng

nơi họ liên tục và ngẫu nhiên trao đổi bạn nhảy.

Để cho đơn giản, khả năng cho các chất

tương tác với nước,

cân bằng với làm thế nào nó phá vỡ

với việc nước tương tác với chính nó,

đóng một vai trò quan trọng trong việc giải thích

tại sao có những chất có thể hòa tan rất tốt trong nước

và những thứ khác thì không.

Động lực học căn bản mô tả

cách thức để cho vật thể và năng lượng
có thể được sắp xếp

dựa trên chuyển động ngẫu nhiên.

Ví dụ, hãy nghĩ tới
không khí trong một căn phòng.

Hãy tưởng tượng
tất cả các sắp xếp khác nhau có thể

trong không gian
cho hàng nghìn tỷ hạt phân tử

tạo nên không khí.

Một số trong những sắp xếp đó

có thể làm cho tất cả các phân tử oxy ở đây

và tất cả các phân tử nitơ đằng kia,

tách rời ra.

Nhưng xa hơn những sắp xếp có thể có

làm cho những phân tử được trộn lẫn với nhau.

Vì vậy, nhiệt động lực
tạo điều kiện cho sự trộn lẫn.

sự chuyển hóa các loại năng lượng
đối phó với lực hấp dẫn.

Và như vậy, nếu lực hấp dẫn ở thì hiện tại,

xác suất của một số sắp xếp

có thể được tăng cường,

những chỗ mà những thứ
bị thu hút vào nhau.

Vì vậy, luôn luôn là sự cân bằng giữa hai thứ

xác định những gì sẽ xảy ra.

Ở cấp độ phân tử,

nước bao gồm các phân tử nước,

tạo thành từ 2 nguyên tử hiđrô
và một nguyên tử ôxy.

Như nước lỏng, các phân tử này tham gia vào

trong một điệu nhảy vòng tròn
liên tục và ngẫu nhiên

mà được gọi là mạng lưới liên kết hydro.

Nhiệt động lực duy trì

điệu nhảy vòng vào mọi lúc.

Luôn có những cách khác

mà tất cả các phân tử nước có thể sắp xếp

trong một điệu nhảy vòng quanh,

so với việc nếu các phân tử nước

khiêu vũ thành một hàng.

Vì vậy, những điệu nhảy
vòng quanh cứ tiếp tục.

Vì vậy, những gì sẽ xảy ra
khi bạn bỏ muối vào nước?

Vâng, ở cấp độ phân tử,

muối thực sự được tạo thành bởi
hai ion khác nhau,

clo và natri,

nó được tổ chức
giống như một bức tường gạch.

chúng xuất hiện để khiêu vũ

và hình thành một nhóm lớn

và đầu tiên là ở một góc,

nhút nhát và một chút e dè
để chia nhóm ra

thành các ion riêng biệt
để tham gia vào điệu nhảy.

Nhưng một cách bí mật,
những vũ công nhút nhát đó

chỉ muốn một ai đó
ngỏ lời mời họ tham gia.

Vì vậy, khi nước ngẫu nhiên va chạm
vào một trong số chúng

và kéo chúng ra khỏi nhóm
để tham gia vào những điệu nhảy,

chúng đi ngay.

Và khi đã lên sàn nhảy,

chúng hoàn toàn bị cuốn vào đó.

Trên thực tế, việc bổ sung các ion muối

cũng tạo thêm
nhiều kiểu khiêu vũ khả thi khác

trong điệu nhảy vòng quanh này,

Vì vậy việc nó ở lại và nhảy với nước
rất được yêu thích

Bây giờ, chúng ta hãy nói về dầu.

Với dầu, các phân tử này rất thích

khiêu vũ với nước,

Vì vậy nhiệt động lực tạo điều kiện cho chúng
tham gia điệu nhảy.

Vấn đề là phân tử dầu

lại mặc những chiếc áo dạ hội khổng lồ,

và chúng lớn hơn phân tử nước rất nhiều

Vì vậy, khi một phân tử dầu được kéo vào,

kích thước của chúng
thực sự phá vỡ buổi khiêu vũ

và việc trao đổi ngẫu nhiên bạn nhảy

mà nước tham gia vào,

một phần rất quan trọng
của điệu nhảy.

Ngoài ra, chúng không phải là
những vũ công giỏi.

Các phân tử nước cố gắng tham gia cùng

với các phân tử dầu trong buổi khiêu vũ,

nhưng chúng cứ va vào
những bộ trang phục của lũ dầu

những thứ chiếm phần lớn chỗ trên sàn nhảy.

Có rất nhiều cách để nước có thể nhảy

khi dầu ra khỏi sàn nhảy,

do đó, nước ép dầu ra,

đẩy chúng vào những băng ghế xung quanh
sàn nhảy cùng với những chất khác.

Sớm thôi, khi mà một lượng lớn dầu

bị đá sang một bên,

họ hợp nhất với nhau để đồng lòng

về sự bất công trong cách
đối xử của nước

và kết thành nhóm với nhau.

Vì vậy, đó chính là sự kết hợp

của sự tương tác
giữa các phân tử này

và các cấu hình có sẵn cho chúng

khi chúng di chuyển ngẫu nhiên

và chỉ ra rằng
khi nào thì chúng sẽ trộn lẫn với nhau.

Nói cách khác, dầu và nước không pha trộn

bởi vì chúng không phải là bạn nhảy
tuyệt vời của nhau.