למה מלח נמס במים ושמן לא?
ובכן, במילה אחת, כימיה,
אבל זה לא ממש מספק, נכון?
וכבן, הסיבה שמלח נמס במים ושמן לא
מגיעה משתי סיבות גדולות
למה שכל דבר קורה בכלל:
אנרגטיקה
ואנטרופיה.
אנרגטיקה נוגעת בעיקר
לכוחות המשיכה בין דברים.
כשאנחנו מביטים בשמן או מלח במים,
אנחנו מתמקדים בכוחות בין החלקיקים
בקנה מידה ממש, ממש קטן,
ברמה המולקולרית.
כדי לתת לכם תחושה של קנה המידה הזה,
בכוס אחת של מים,
יש יותר מולקולות
מאשר כוכבים ידועים ביקום.
עכשיו, כל המולקולות האלה בתנועה מתמדת,
נעות, רוטטות, ומסתובבות.
מה שמונע כמעט מכל המולקולות האלה
מלעוף פשוט מהכוס
הן הכוחות המושכים בין המולקולות.
הכוח של המשיכה
בין מים, בעצמם, וחומרים אחרים
לזה אנחנו קוראים אנרגטיקה.
אתם יכולים לחשוב על מולקולות של מים שנעות
בריקוד תמידי,
סוג של ריקוד ריבוע
בו הן כל הזמן מחליפות שותפים באופן אקראי.
במילים פשוטות, היכולת של חומרים
לקיים אינטראקציה עם מים,
מאוזנת עם האופן בו הם מתנפצים
איך מים באים באינטרקציה עם עצמם,
משחקת תפקיד חשוב בהסבר
לכך שדברים מסויימים מתערבבים היטב במים
ואחרים לא.
אנטרופיה בעיקרון מתארת
את הדרך בה דברים ואנרגיה יכולים להיות מאורגנים
על בסיס תנועה אקראית.
לדוגמה, חשבו על אויר בחדר.
דמיינו את כל הסידורים השונים האפשריים
בחלל לטריליוני החלקיקים
שיוצרים את האויר.
חלק מאותם סידורים
אולי יכילו את כל מולקולות החמצן שם
וכל מולקולות החנקן שם,
מופרדות.
אבל בהרבה יותר מהאפשרויות לסידור
המולקולות האלו מעורבבות אחת עם השניה.
אז, אנטרופיה מעדיפה ערבוב.
אנרגטיקה מטפלת בכוחות משיכה.
וכך, אם כוחות משיכה נמצאים,
ההסתברות של כמה סידורים
יכולה לגדול,
אלה בהם דברים נמשכים אחד לשני.
אז, זה תמיד האיזון בין שני הדברים
שקובע מה יקרה.
ברמה המולקולרית,
מים מורכבים ממולקולות מים,
שעשויות משני אטומי מימן ואטום חמצן.
כמים נוזליים, המולקולות האלה נמצאות
בריקוד ריבוע קבוע ואקראי
שנקרא ריקוד רשת קישרי מימן.
אנטרופיה מעדיפה לשמור
שריקוד הריבוע ימשיך כל הזמן.
תמיד יש יותר דרכים
שכל מולקולות המים יכולות להתארגן
בריקוד ריבוע,
יחסית לאפשרות שבה מולקולות המים
היו עושות ריקוד שורות.
אז, ריקוד הריבוע ממשיך כל הזמן.
אז, מה קורה כשאתם מוסיפים מלח למים?
ובכן, ברמה המולקולרית,
מלח עשוי למעשה משני יונים שונים,
כלור ונתרן,
שמאורגנים כמו קיר לבנים.
הם מופיעים לריקוד
כקבוצה גדולה במערך
ויושבים בצד קודם לכן,
מבויישים ומעט ממאנים להפרד
ליונים בודדים כדי להצטרף לריקוד.
אבל בסתר, הרקדנים הביישנים האלה
רק רוצים שמישהו יבקש מהם להצטרף.
אז, כשמים נתקלים בהם במקרה
ומכניסים אותם לריקוד הרחק מהקבוצה,
הם הולכים.
וברגע שהם נכנסים לריקוד,
הם לא יוצאים.
למעשה, ההוספה של יוני המלח
מוסיפה יותר אפשרויות סידור
בריקוד הריבוע,
אז זה עדיף להם להשאר לריקוד עם המים.
עכשיו, בואו ניקח שמן.
עם שמן, המולוקולות סוג של מעוניינות
בריקוד עם המים,
אז האנטרופיה מעדיפה שהם יצטרפו לריקוד.
הבעיה היא שמולקולות שמן
לובשות שמלות נשף עצומות,
והן הרבה יותר גדולות ממולקולות מים.
אז, כשמולקולות שמן נמשכות פנימה,
הגודל שלהן ממש מפריע לריקוד
והחילוף האקראי של שותפים
שהמים עסוקים בו,
חלק מאוד חשוב של הריקוד.
בנוסף, הן לא רקדניות גדולות.
מולקולות המים מנסות לערב
את מולקולות השמן בריקוד,
אבל הן פשוט ממשיכות להתנגש בשמלות שלהן
ולוקחות את כל המקום על ריצפת הריקודים.
יש הרבה יותר דרכים שמים יכולים לרקוד
כשהשמן יורד מהרחבה,
אז המים דוחקים את השמן החוצה,
ומזזין אותם חזרה לספסל עם האחרים.
מאוד מהר, כשמספר גדול של מולקולות שמן
נדחקו לצד,
הן מתגודדות יחד כדי להתלונן
כמה לא פייר המים היו
ונשארות יחד בקבוצה.
אז, זה השילוב הזה
של פעולות בין מולקולות
והסידורים האפשריים להן
כשהן נעות באופן אקראי
שמכתיב אם הן מתערבבות.
במילים אחרות, שמן ומים לא מתערבבים
מפני שהם פשוט לא פרטנרים טובים לריקוד.