Perché il sale si scioglie nell'acqua ma l'olio no?
Beh, in breve: è colpa della chimica,
ma non è una risposta molto esaustiva. Vero?
Beh, la ragione per cui il sale si scioglie e l'olio non lo fa
si riduce a due grandi ragioni
del perché non accade nulla:
l'energetica
e l'entropia.
L'energetica ha a che fare principalmente
con le forze attrattive tra le cose.
Quando guardiamo l'olio o il sale nell'acqua
ci concentriamo sulle forze tra le particelle
su una dimensione molto, molto, molto piccola,
a livello molecolare.
Per darvi un'idea di questa dimensione,
in un bicchiere di acqua,
ci sono più molecole
di stelle conosciute nell'universo.
Ora, tutte queste molecole sono in costante moto,
si spostano, vibrano e ruotano.
Quello che impedisce a quasi tutte queste molecole
di volarsene via dal bicchiere
sono le interazioni attrattive tra le molecole.
La forza delle interazioni
tra la stessa acqua e le altre sostanze
è quello che intendiamo quando usiamo la parola 'energetica'.
Potete pensare alle molecole dell'acqua come impegnate
in una costante danza,
un po' come la quadriglia,
dove si scambiano costantemente e in maniera casuale i compagni di ballo.
In parole semplici, l'abilità della sostanza
d'interagire con l'acqua,
bilanciata con la velocità con cui interrompono questa interazione
e la velocità con cui l'acqua interagisce con se stessa,
gioca un ruolo importante nello spiegare
il perché alcune cose si mischiano meglio nell'acqua
e altre no.
L'entropia fondamentalmente descrive
il modo in cui le cose e l'energia possono essere sistemate
sulla base del moto casuale.
Ad esempio, pensate all'aria in una stanza.
Immaginate tutte le differenti possibili sistemazioni
nello spazio per i trilioni di particelle
che compongono l'aria.
Alcune di queste sistemazioni
potrebbero avere tutte le molecole di ossigeno da una parte
e tutte le molecole di azoto dall'altra parte,
separate.
Ma al di là delle possibili sistemazioni
queste molecole sono mischiate le une con le altre.
L'entropia favorisce dunque la miscelazione.
L'energetica invece gestisce le forze attrattive.
Se quindi le forze attrattive sono presenti,
la probabilità di alcune sistemazioni
possono essere migliorate,
quelle dove le cose sono attratte le une alle altre.
Dunque, è sempre l'equilibrio di queste due cose
che determina cosa avviene.
A livello molecolare
l'acqua è composta da molecole di acqua
che a loro volta sono costituite da due atomi d'idrogeno e uno di ossigeno.
Allo stato liquido, queste molecole sono impegnate
in una costante e casuale quadriglia
che viene chiamata rete di legami idrogeno.
L'entropia favorisce la continuazione
del ballo della quadriglia per tutto il tempo.
Ci sono più modi
con cui le molecole di acqua possono sistemarsi
in un ballo della quadriglia,
rispetto a molecole d'acqua
che ballano in linea.
Così, la danza della quadriglia va avanti incessantemente.
Cosa accade dunque quando mettiamo il sale nell'acqua?
Beh, a livello molecolare,
il sale in realtà è composto da due differenti ioni,
il cloro e il sodio,
che sono organizzati come un muro di mattoni.
Loro si presentano al ballo
come un grande gruppo in formazione
e si siedono in disparte in un primo momento,
timidi e un po' riluttanti a sparpagliarsi
in ioni individuali per unirsi alla danza.
Ma in segreto, quei timidi ballerini
desiderano solo che qualcuno chieda loro di unirsi al ballo.
Quando un'acqua per caso s'imbatte in uno di loro
e li trascina nella danza lontano dal suo gruppo,
loro ci vanno.
E una volta dentro il turbinio della danza
non tornano indietro.
E infatti, l'aggiunta di quegli ioni di sale
aggiunge più posizioni possibili di ballo
nella quadriglia,
quindi è preferibile per loro starsene a ballare con l'acqua.
Ora, prendiamo l'olio.
Con l'olio, le molecole sono un po' interessate
a ballare con l'acqua,
quindi l'entropia preferisce che si uniscano alla danza.
Il problema è che le molecole di olio
indossano gigantesche gonne da ballo
e sono molto più grandi delle molecole di acqua.
Quando una molecola di olio viene fatta entrare
la sua dimensione è davvero di disturbo per il ballo
e lo scambio casuale di compagno di ballo
nella quale le molecole di acqua s'impegnano,
un'importantissima parte della danza.
In aggiunta, le molecole di olio non sono grandi ballerini.
Quelle dell'acqua tentano di impegnare
le molecole di olio nella danza
ma continuano semplicemente a scontrarsi con i loro vestiti
e a occupare tutta la pista da ballo.
Ci sono moltissimi modi in cui l'acqua può danzare
quando l'olio scende in pista,
quindi l'acqua butta fuori l'olio,
spingendolo nuovamente sulle panchine con gli altri.
Molto presto, quando un gran numero di olii
sono stati messi all'angolo,
si raggruppano insieme per commiserarsi
di quando ingiusta sia l'acqua
e rimangono compatti in gruppo.
È dunque questa combinazione
delle interazioni tra molecole
e le configurazioni possibili tra di loro
quando si muovono in maniera casuale
che detta se si mischiano o meno.
In altre parole, l'acqua e l'olio non si mescolano
perché non sono grandi compagni di ballo.