Tuz suda çözünürken, yağ neden çözünmez?
Kısa cevap; kimya.
Bu tatmin edici bir cevap değil, değil mi?
Tuzun çözünüp yağın çözünmemesinde olduğu gibi
herhangi bir olayın
gerçekleşmesinin ardında iki temel sebep var;
enerji bilimi ve entropi.
Enerji bilimi temelde
maddeler arasındaki çekim gücüyle ilgilenir.
Sudaki tuz veya yağa baktığımızda;
parçaçıklar arasındaki çekime
oldukça küçük bir ölçekte
moleküler seviyede odaklanırız.
Bu ölçeği söyle açıklayabiliriz;
bir bardak suda
evrendeki bilinen yıldızlardan
daha fazla molekül var.
Bu moleküllerin tamamı sürekli hareket halinde;
kıpırdıyor, titriyor ve dönüyor.
Tüm bu moleküllerin
bardaktan uçup gitmesini önleyen şey,
moleküller arasındaki çekim kuvveti.
Su ve diğer maddeler arasındaki bu çekim gücü,
enerji bilimi derken kastettiğimiz şey.
Su moleküllerinin sürekli
dans ettiğini düşünebilirsiniz.
Sürekli ve gelişigüzel partner değiştiren
bir grup dansçı gibi.
Basitçe söylemek gerekirse, suyun kendisiyle
etkileşim dengesini aksatmayacak şekilde
maddelerin suyla etkileşime girebilmesi için
belli şeylerin suyla neden iyi karıştığını
bazılarının neden karışmadığını açıklamakta önemli bir rol oynar.
Entropi temel olarak
maddelerin ve enerjinin gelişigüzel harekete bağlı olarak
düzenlenebilme biçimini tanımlar.
Örneğin, bir odadaki havayı düşünün.
Uzayda havayı oluşturan
trilyonlarca taneciğin olası tüm farklı dizilişlerini hayal edin.
Bu dizilişlerin
bazılarında oksijen molekülleri şurada
ve nitrojen molekülleri burada,
ayrılmış olabilir.
Fakat bu olası dizilişlerin ötesinde
bu moleküller birbirleriyle karışır.
Yani, entropi karışımı destekliyor.
Enerji bilimi çekici güçlerle ilgileniyor.
Bu yüzden, eğer çekici güçler mevcutsa,
bazı dizilişlerin olasılıkları
geliştirilebilir,
şeylerin birbirini çektikleri yerlerdekiler.
Ne olacağını her zaman
bu iki şeyin dengesi oluşturur.
Su, moleküler seviyede
iki hidrojen ve bir oksijen atomundan
oluşan su moleküllerinden oluşur.
Sıvı su olarak bu moleküller
sürekli ve gelişigüzel bir grup dansında,
buna da hidrojen birleştirme ağı deniyor.
Entropi, grup dansının
her zaman devam etmesini destekliyor.
Su moleküllerinin çizgi dansı yapmasıyla karşılaştırıldığında,
tüm su moleküllerinin
kare dans düzenleyebileceği daha fazla yol
her zaman var.
Kare dans sürekli devam eder.
Peki suyun içine tuz koyarsak ne olur?
Moleküler düzeyde,
tuz aslında bir tuğla duvarı gibi
organize olmuş iki farklı iyon,
klor ve sodyumdan oluşur.
Dansa, formasyondaki
büyük bir grup olarak geliyor
ve başlangıçta yanda oturuyorlar,
dansa katılmak için
bireysel iyonlara ayrılmaya isteksizler.
İçten içe, bu utangaç dansçılar
birilerinin onları dansa kaldırmasını istiyorlar.
Bir su, rastgele bunlardan birine çarpıp
onu grubundan uzaklaştırarak dansa çektiğinde giderler.
Dansa kalkınca da
geri dönmezler.
Tuz iyonlarının eklenmesi
kare dansa daha fazla
dans pozisyonu ekler,
bu yüzden su ile dans etmeleri tercih edilir.
Bir de yağı ele alalım.
Yağda, moleküller bir anlamda su ile dans etmekle ilgilenir, bu yüzden
entropi, dansa katılmalarını destekliyor.
Sorun şu ki, yağ molekülleri
devasa balo elbisesi giyiyorlar
ve su moleküllerinden çok daha büyükler.
Bu nedenle, bir yağ molekülü piste çıktığında,
boyutları dansa ve suların katıldığı
rastgele ortak değişimine,
dansın çok önemli bir parçasına
gerçekten zarar verir.
Üstelik, pek iyi dansçı da değiller.
Su molekülleri yağ moleküllerini
dansa dahil etmeye çalışırlar,
ama sadece elbiseleriyle çarpmaya
ve dans pistinin tamamını kaplamaya devam ederler.
Yağ pistten çıktığında suyun dans edebileceği
daha fazla olanak var,
bu yüzden sular yağı sıkıştırır
ve diğerleriyle birlikte kenara geri iter.
Çok sayıda yağ yan tarafa atıldığında,
suların ne kadar haksız olduğunu
ve grup olarak birbirine yapışmaları
gerektiğini paylaşmak için
bir araya gelirler.
Moleküller arasındaki etkileşimler
ve rastgele hareket ettiklerinde,
oluşturdukları dizilimler
karışıp karışmayacaklarını belirler.
Başka bir deyişle, su ve yağ karışmaz,
çünkü uyumlu dans partnerleri değiller.