چرا نمک در آب حل میشود اما روغن نه؟
در یک کلمه، به دلایل شیمیایی
هرچند که این پاسخ قانع کنندهای نیست.
خب، حل شدن نمک و حل نشدن روغن
که چرا رخ میدهد
دو دلیل عمده دارد:
تبادل انرژی
و آنتروپی
با ایجاد نیروی کششی بین اجسام
انرژی حرف اول را میزند.
وقتی به روغن یا نمک در آب نگاه می کنیم،
ما روی نیروهای بین ذرات تمرکز کرده ایم.
در ابعاد خیلی، خیلی، خیلی کوچک،
در حد مولکولی.
برای درک این ابعاد،
در یک لیوان آب،
تعداد مولکول های موجود
از کل ستاره های شناخته شده جهان بیشتر است.
تمام این مولکولها در حرکت هستند،
جابجایی، ارتعاش و چرخش.
چیزی که از خروج این مولکولها
از لیوان جلوگیری می کند
اثرات متقابل کششی بین مولکولهاست.
وقتی میگوییم تبادل انرژی
قدرت برهمکنش
بین آب، با خودش و دیگر مواد مقصود ماست .
می توانید مولکولهای آب را در
یک رقص دائما پیوسته تصور کنید،
چیزی مانند یک رقص محلی
که به طور پیوسته و تصادفی هم رقص ها عوض می شوند.
به بیان ساده، توانایی مواد
برای تعامل با آب،
و تعادل در چگونگی پخش شدن
چگونه آب با خودش تعامل دارد،
نقش کلیدی در توضیح اینکه
چرا چیزهای خاصی در آب حل میشوند
و مابقی نه، ایفا می کند.
آنتروپی اساسا توصیفگر
راه هایی است که انرژی و مواد می توانند کنار هم چیده شوند
بر اساس حرکت تصادفی.
برای نمونه، به هوای داخل اتاق فکر کنید.
تمام ترتیب های ممکن برای تریلیون ذرات
موجود در هوا را
در فضای موجود در نظر بگیرید.
برخی از این چیدمانها
ممکن است تمام اکسیژن را در این سو
و تمام نیتروژن را در آن سو
جدا نگه دارد.
اما چیدمانی که از همه ممکنتر است
مخلوط شدن همه این مولکول ها در یکدیگر است.
پس آنتروپی، مخلوط شدن را ترجیح م یدهد.
تبادل انرژی با نیروهای کششی.
پس اگر نیروهای کششی وجود داشته باشند،
احتمال برخی از چیدمانها
افزایش می یابد،
آنهایی که در آنها همه چیز به سمت هم کشیده می شوند.
پس تعادل بین انرژی و آنتروپی است که
همه چیز را مشخص می کند.
در مقیاس مولکولی،
آب از مولکولهای آب تشکیل شده است،
شامل دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن.
در آب مایع این مولکولها
در یک رقص پیوسته هستند
که به آن شبکه پیوند هیدروژنی میگویند.
آنتروپی دوست دارد
این جنب و جوش را حفظ کند.
در این شکل از چیدمان
برای مولکولها آب
راه های بیشتری هست
نسبت به چیدمان
خطی مولکولها پشت هم.
پس این جنب و جوش همواره حفظ خواهد شد .
وقتی نمک را به آب اضافه میکنیم چه میشود ؟
در سطح مولکولی،
نمک از دو نوع یون تشکیل شده است،
کلر و سدیم،
که ساختاری مانند دیوار دارند.
آنها به این جنب و جوش
مثل یک گروه اضافه میشوند
و ابتدا یک گوشه مینشینند،
خجالتی و بی میل به تکه شدن
به یون مجزا و پیوستن به رقص.
اما در دلشون، آنها منتظرند
تا کسی از آنها بخواد به رقص بپیوندند.
پس وقتی آب تصادفا به یکی ار آنها برمیخورد
و آنها را به رقص دور از گروهشان میآورد،
آنها جدا میشوند.
همین که آنها به رقص بپیوندند،
دیگر برنمیگردند.
در وافع، اضافه شدن یون های نمک
امکان رقصهای متفاوت تری را
فراهم میکند،
آنها می خواهند که رقص با آب را ادامه دهند.
حالا، نوبت روغن است.
مولکولهای روغن نیز علاقه مند به
رقص با آب هستند
بنابراین آنتروپی تمایل دارد آنها را برقصاند.
مشکل آنجاست که مولکولهای روغن
لباس بزرگی پوشیدهاند،
و اندازه ی بسیار بزگتری از آب دارند.
پس وقتی مولکولهای روغن جذب میشوند،
اندازه ی آنها رقص را
و جابه جا شدن با آب را
که بخش مهمی از رقص است
به هم میزند.
علاوه بر این آنها خوب نمیرقصند.
مولکولهای آب تلاش میکنند تا
با مولکولهای روغن برقصند
اما آنها فقط ضربه میزنند
و تمام فضای رقص را اشغال میکنند
مولکولهای آب راه های بیشتری برای رقص دارند
اما زمانی که مولکولهای روغن بروند،
پس آب ها روغن را به بیرون هل میدهند،
تا با بقیه روی صندلیها بنشینند.
خیلی زود، وقتی تعداد زیادی از روغن ها
به بیرون هل داده شدند،
دور هم جمع می شوند تا همدردی کنند
که چقدر مولکولهای آب ناجوانمرد هستند
و مانند یک گروه به هم وصل میشوند.
پس این ترکیب و
فعل و انفعالات بین مولکولی
و چیدمان آنها
هنگام حرکتهای تصادفی
است که آنها را مخلوط میکند.
به زبان دیگر، آب و روغن مخلوط نمیشوند
چون نمیتوانند به خوبی با هم برقصند