Czemu sól rozpuszcza się w wodzie, a olej nie?
Krótko mówiąc, to sprawka chemii,
ale to niewiele wyjaśnia.
Wyjaśnienie tych dwóch zjawisk
sprowadza się do dwóch ważnych przyczyn
wszelkich zjawisk:
jest to energetyka i entropia.
Energetyka dotyczy głównie
sił przyciągania między obiektami.
Patrząc na olej lub sól w wodzie,
skupiamy się na siłach między cząsteczkami
w bardzo małej skali,
na poziomie cząsteczkowym.
Aby oddać sens takiej skali,
w szklance wody
jest więcej cząstek
niż znanych gwiazd we wszechświecie.
Wszystkie cząstki są w ciągłym ruchu,
poruszają się, wibrują i wirują.
Prawie żadna z nich
nie ucieka ze szklanki
dzięki siłom przyciągania między nimi.
Siła interakcji
między wodą a innymi substancjami
to właśnie energetyka.
Pomyśl o cząstkach wody,
zajętych ciągłym tańcem,
rodzajem tańca na cztery pary,
gdzie partnerzy wymieniają się losowo.
Mówiąc prościej, zdolność substancji
do interakcji z wodą,
zbilansowana przez jej wpływ na to,
jak woda reaguje z samą sobą,
odgrywa ważną rolę w wyjaśnieniu,
dlaczego pewne substancje
mieszają się z wodą, a inne nie.
Entropia opisuje
rozmieszczenie substancji i energii
w oparciu o przypadkowe ruchy.
Pomyśl o powietrzu w pokoju.
Wyobraź sobie wszystkie możliwe konfiguracje
bilionów cząstek tworzących powietrze.
W niektórych ustawieniach
cząstki tlenu mogą być tutaj,
a cząstki azotu tam,
rozdzielone.
Jednak więcej możliwych ustawień
mają cząstki zmieszane ze sobą.
Entropia sprzyja mieszaniu.
Energetyka radzi sobie z siłami przyciągania.
Jeśli obecne są siły przyciągania,
prawdopodobieństwo niektórych układów
może być zwiększone,
tam gdzie obiekty się przyciągają.
To zawsze balans między tymi dwoma siłami
decyduje o tym, co się stanie.
Na poziomie cząsteczkowym
woda składa się z cząstek wody,
utworzonych z dwóch atomów wodoru i atomu tlenu.
Jako płynna woda, cząstki te są zaangażowane
w stały i przypadkowy taniec na cztery pary,
zwany siecią wiązań wodorowych.
Entropia sprzyja utrzymywaniu
tego tańca przez cały czas.
Zawsze jest więcej sposobów,
na jakie cząstki wody mogą stanąć
do tańca na cztery pary,
porównując do cząstek wody
tańczących liniowo.
Taniec na cztery pary ciągle trwa.
Co się dzieje, gdy dodasz soli do wody?
Na poziomie cząsteczkowym,
sól składa się z dwóch różnych jonów,
chloru i sodu,
ułożonych niczym mur.
Pokazują się w tańcu
jako duża, uformowana grupa.
Początkowo siedzą z boku,
nieśmiali i niechętni do podziału,
aby przyłączyć się do tańca.
Ale w sekrecie, ci nieśmiali tancerze
potrzebują zaproszenia do zabawy.
Kiedy woda wpadnie na nich przypadkiem
i odciągnie jednego z dala od grupy - idą.
Jak już raz zatańczą, nie wracają.
Dodatek jonów soli
daje więcej tanecznych możliwości
w tańcu na cztery pary,
co czyni go bardziej atrakcyjnym.
Teraz zajmijmy się olejem.
Cząstki oleju są zainteresowane
tańcami z wodą,
więc entropia zachęca je do przyłączenia się.
Problem w tym, że cząstki oleju
noszą ogromne suknie balowe
i są o niebo większe niż cząstki wody.
Kiedy cząstki oleju zaczną tańczyć,
ich rozmiar jest uciążliwy
przy wymianie partnerów wody,
ważnej części tańca.
W dodatku oleje tańczą słabo.
Cząstki wody próbują wciągnąć
je do tańca,
ale tylko odbijają się od ich sukien
zajmujących całą przestrzeń parkietu.
Wodzie lepiej się tańczy,
kiedy olej schodzi z parkietu,
więc woda spycha olej
na ławkę z pozostałymi.
Niebawem grupa olejów
tłoczy się na boku,
użalając się wspólnie
na nieuczciwe zachowanie wody
i trzymają w grupie.
Czyli to właśnie kombinacja
interakcji między cząstkami
i możliwych konfiguracji
podczas swobodnego ruchu
dyktuje im, czy mogą się mieszać.
Innymi słowy, woda i olej nie mieszają się,
bo nie tworzą dobrej pary tanecznej.