لماذا ينحل الملح في الماء ولا ينحل الزيت فيه ؟
حسناً . كلمةٌ واحدة تصف ذلك "الكيمياء"
ولكنها إجابة غير مرضية جداً ، أليس كذلك ؟
حسناً ، السبب وراء كون الملح ينحل بينما لا ينحل الزيت
يعود إلى السببين الأساسيين
وراء كون أي شيء يحدث على الإطلاق :
علم الطاقة
وتبادل الطاقة .
علم الطاقة بتعامل بشكل رئيسي
مع قوى التجاذب بين الأشياء .
عندما نراقب الزيت أو الملح في الماء
فإننا نركز على القوى بين الجسيمات
على نطاق صغير جداً جداً جداً
نطاق الجزيئات .
ولأعطيك تلميحاً على هذا النطاق
فكأس الماء
يحتوي على جزيئات
أكثر من النجوم المعروفة في الكون .
الآن ، كل هذه الجزيئات بحالة حركة دائمة
تتحرك وتهتز وتدور .
والذي يمنع تقريباً كل هذه الجزئيات
من أن تطير خارج الكأس
هي تفاعلات الجذب بين الجزيئات .
قوة التفاعلات
بين الماء وغيره من المواد
هو ما يعنيه علم الطاقة .
يمكنكم أن تتخيلوا جزيئات الماء مشتركين
برقصة مستمرة
مثل مربع الرقص
والذي فيه يتبادلون شركاءهم في الرقصة بشكل مستمر وعشوائي .
بشكل بسيط ، قدرة المواد
على التفاعل مع الماء
متوازناً مع كيفية إعاقة هذه المواد
لتفاعل الماء مع نفسه ،
كل هذا يلعب دوراً هاماً في شرح
كون أشياء معينة تختلط جيداً في الماء
وأشياء أخرى لا تختلط .
تبادل الطاقة يصف بشكل رئيسي
الطريقة التي ترتب فيها الطاقة
بناءً على الحركة العشوائية .
على سبيل المثال ، فكر بهواء الغرفة .
تخيل كل طرق الترتيب الممكنة
بالمساحة لترليونات الجسيمات
التي تكوِّن الهواء .
بعض هذه الترتيبات
يمكن أن تضع كل جزيئات الأوكسجين هنا
وكل جزيئات النتروجين هناك
منفصلين .
ولكن أكثرية الترتيبات الممكنة
ستخلط تلك الجزيئات ببعضها .
تبادل الطاقة يفضل الاختلاط .
علم الطاقة يتعامل مع قوى الجذب .
وهكذا فإن كانت قوى الجذب موجودة
فإن احتمالية بعض الترتيبات
تكون أكبر ،
تلك الترتيبات التي تكون الأشياء فيها منجذبة إلى بعضها .
إذا فدائماً توازن هذين الأمرين
هو الذي يحدد ما سوف يحدث .
على مستوى الجزيئات
الماء مكون من جزيئات الماء
المكونة من ذرتي هيدروجين وذرة أوكسجين .
في حالة الماء السائل ، هذه الجزيئات تتفاعل
بمربع رقص دائم وعشوائي
والذي يدعى بشبكة رابطة الهيدروجين .
تبادل الطاقة يفضل إبقاء
مربع الرقص بحالة انشغال دائم .
هناك طرق أكثر على الدوام
يمكن لجزيئات الماء أن تعيد ترتيب نفسها بها
بمربع الرقص
كأن تجتمع جزيئات الماء
وترقص على شكل خط .
إذاً ، فمربع الرقص يبقى منشغلاً على الدوام .
فما الذي يحصل عندما نضع الملح في الماء ؟
على مستوى الجزيئات
يتكون الملح من أيونين مختلفين
الكلور والصوديوم
ويصطفان كحائطٍ قرميدي .
يظهر الملح على ساحة الرقص
كمجموعة تشكيلة كبيرة
ويجلسون على الجانب ببداية الأمر
خجلين ومترددين قليلاً من الانكسار
لأيونات مفردة للانضمام إلى الرقصة .
ولكن سراً ، هؤلاء الراقصون الخجلون
ينتظرون أن يدعوهم أي أحد إلى الانضمام إليهم .
لذا عندما يصطدم الماء بشكل عشوائي بأحد منهم
ويسحبه بعيداً عن المجموعة ليشارك في الرقصة
فيذهب معه .
وما إن يشاركوا بالرقصة
حتى لا يعودوا أبداً .
في واقع الأمر ، إضافة أيونات الملح
تضيف المزيد من وضعيات الرقص
إلى مربع الرقص
لذا يفضل لهم أن يستمروا بالرقص مع الماء .
لنأخذ الزيت الآن .
في حالة الزيت الجزيئات مهتمةٌ نوعاً ما
بالرقص مع الماء .
لذا فتبادل الطاقة يفضل انضمامهم إلى الرقصة .
المشكلة تكمن في أن جزيئات الزيت
ترتدي أثواباً عملاقة ،
وحجومهم أكبر بكثير من جزيئات الماء .
لذا عندما تسحب جزيئات الزيت للمشاركة
فحجمهم يخرب الرقصة كلها
وتبادل الشركاء العشوائي أيضاً
الذي يشترك فيه الماء
وهو الجزء المهم جداً في الرقصة .
بالإضافة إلى ذلك ، فهم راقصون رديؤون .
تحاول جزيئات الماء أن تشترك
مع جزيئات الزيت بالرقص
لكنها تستمر بالإصطدام بأثوابها
وتأخذ كل مساحة مكان الرقص .
هناك الكثير من الطرق التي تستطيع جزيئات الماء أن ترقص بها
في حال ابتعدت جزيئات الزيت عن مكان الرقص
لذا يقوم الماء بدفع الزيت خارجاً
معيدها إلى المقعد مع الآخرين .
وخلال وقت قصير عندما تجتمع كمية كبيرة
من جزيئات الزيت على الجانب
يشكلون فرقة ليشتكوا
عن كون الماء غير عادل معهم
ويبقون سوية كمجموعة .
إذاً فمزيج
التفاعلات بين الجزيئات
وطرق توضعهم الممكنة
عندما يتحركون بشكل عشوائي
هو ما يحدد إذا كان بالإمكان لها أن تختلط .
بكلمات أخرى ، الزيت والماء لا يمتزجان
لأنهما لا يشكلان ثنائي رقص ممتاز .