Warum löst sich Öl nicht in Wasser auf? - John Pollard

Ganze Lektion unter: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-oil-and-water-mix-john-pollard

Salz löst sich in Wasser auf, Öl nicht. Aber warum? Stell dir ein Glas Wasser als riesige Tanzveranstaltung vor, wo Wassermoleküle ständig Tanzpartner wechseln und viel lieber mit Salzionen tanzen. John Pollard erklärt wie die beiden chemischen Prinzipien Energetik und Entropie die Tanzfläche bestimmen.

Lektion von John Pollard, Animation von Andrew Foerster.

Warum löst sich Salz
in Wasser auf, Öl aber nicht?

Mit einem Wort: Chemie.

Nicht sehr aussagekräftig, oder?

Der Grund, warum sich
Salz auflöst und Öl nicht,

geht aus den zwei wichtigen Gründen
hervor, die alles funktionieren lassen:

Energetik

und Entropie.

Energetik beschäftigt sich primär

mit den Anziehungskräften zwischen Dingen.

Wenn wir uns Öl oder Salz
in Wasser anschauen,

betrachten wir die Kräfte
zwischen den Teilchen

in einem sehr, sehr, sehr kleinem Umfang,

der Molekularebene.

Um dir eine Vorstellung davon
zu geben, in einem Wasserglas

sind mehr Moleküle

als Sterne im Universum bekannt sind.

All diese Moleküle
sind ständig in Bewegung;

sie vibrieren, bewegen und drehen sich.

Was fast alle Moleküle davon abhält,

einfach aus dem Glas zu fliegen,

ist die Anziehung zwischen den Molekülen.

Die Stärke dieser Interaktion zwischen
Wasser selbst und anderen Substanzen

ist gemeint, wenn wir Energetik sagen.

Stell dir vor, die Wassermoleküle
treffen sich ständig zum Tanz

wie bei einem Square Dance.

Dort werden ständig und beliebig
Tanzpartner gewechselt.

Einfach gesagt,
die Fähigkeit von Substanzen

mit Wasser zu interagieren

ist abhängig davon, wie das Wasser
mit sich selbst interagieren kann.

Dies spielt eine wichtige Rolle
bei der Erklärung,

warum sich bestimmte Stoffe gut mit
Wasser mischen lassen und andere nicht.

Entropie beschreibt im Grunde,

wie Dinge und Energie
basierend auf zufälliger Bewegung

arrangiert werden können.

Denk zum Beispiel
an die Luft in einem Raum.

Stell dir die verschiedenen
möglichen Anordnungen

im Weltall für die Billionen Teilchen vor,

welche die Luft ausmachen.

Einige dieser Anordnungen
könnten alle Sauerstoffmoleküle hier

und alle Stickstoffmoleküle dort haben,

räumlich getrennt.

Bei weit mehr möglichen Anordnungen

sind die beiden Moleküle jedoch vermischt.

Entropie begünstigt das Mischen.

Energetik behandelt die Anziehungskräfte.

Wenn es also Anziehungskräfte gibt,

kann sich die Wahrscheinlichkeit
einer Anordnung vergrößern,

und zwar, wenn sich
die Dinge gegenseitig anziehen.

Es ist also immer eine Balance aus diesen
beiden Dingen, die bestimmt, was passiert.

Auf Molekularebene

besteht Wasser aus Wassermolekülen,

gebildet aus zwei Wasserstoffatomen
und einem Sauerstoffatom.

Bei flüssigem Wasser
beschäftigen sich diese Moleküle

mit einem ständigen
und zufälligen Square Dance.

Das nennt man Wasserstoffbrückenbindung.

Entropie begünstigt,

dass ständig getanzt wird.

Es gibt immer mehr Möglichkeiten,

diese Wassermoleküle
beim Square Dance anzuordnen

als bei einem Line Dance.

Also geht der Square Dance ständig weiter.

Was geschieht also,
wenn man Salz in Wasser gibt?

Auf der Molekularebene

besteht Salz aus zwei verschiedenen Ionen,

Chlor- und Natriumionen,

die wie eine Ziegelwand aufgebaut sind.

Zum Tanz kommen sie

als eine große geschlossene Gruppe.

Zuerst sitzen sie nur an der Seite,

schüchtern und unwillig, sich aufzulösen

und als Einzelionen am Tanz teilzunehmen.

Insgeheim wollen diese schüchternen Tänzer

von jemand aufgefordert werden.

Wenn Wasser zufällig mit einem
von ihnen zusammenstößt

und sie zum Tanzen
von der Gruppe wegzieht,

sind sie dabei.

Sobald sie dann tanzen,
wollen sie nicht zurück.

Tatsächlich ermöglicht
das Hinzufügen der Salzionen

mehr Tanzpositionen

beim Square Dance,

deshalb tanzt es sehr gern mit Wasser.

Nehmen wir nun Öl.

Ölmoleküle sind irgendwie
daran interessiert,

mit Wasser zu tanzen.

Entropie begünstigt ihr Tanzen.

Das Problem ist nur, dass Ölmoleküle

riesige Ballkleider tragen

und viel größer als Wassermoleküle sind.

Wenn ein Ölmolekül hineingezogen wird,

stört dessen Größe den Tanz

und den beliebigen Tausch von Partnern,

den das Wasser betreibt,

ein sehr wichtiger Teil des Tanzes.

Sie sind auch keine guten Tänzer.

Die Wassermoleküle versuchen,

Ölmoleküle in den Tanz einzubinden,

aber stoßen nur an deren Kleider

und sie brauchen sehr viel Platz
auf der Tanzfläche.

Wasser kann besser tanzen,

wenn Öl nicht dabei ist,

also drängt das Wasser das Öl zurück

an den Rand zu den anderen.

Sobald eine größere Anzahl von Öl

beiseite gedrückt wurde,

hängen sie zusammen und beklagen sich,

wie unfair das Wasser ist,

und vereinen sich als Gruppe.

Es ist also die Kombination

des Zusammenspiels zwischen Molekülen

und deren mögliche Anordnung,

sich miteinander zu bewegen,

die bestimmt, wie sie sich mischen.

Anders gesagt, Wasser und Öl
verbinden sich nicht,

weil sie einfach
keine guten Tanzpartner sind.