Γιατί το λάδι και το νερό δεν αναμειγνύονται; - Τζον Πόλαρντ

Δείτε όλο το μάθημα εδώ: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-oil-and-water-mix-john-pollard

Το αλάτι διαλύεται στο νερό· το λάδι δεν διαλύεται. Όμως γιατί; Μπορείτε να σκεφτείτε ένα ποτήρι νερό ως ένα μεγάλο πάρτι χορού όπου τα μόρια του νερού ανταλλάσσουν πάντα τους παρτενέρ τους -- και θα προτιμούσαν περισσότερο να χορεύουν με ένα ιόν άλατος. Ο Τζον Πόλαρντ εξηγεί πως δύο χημικές αρχές, η ενεργειακή και η εντροπία, κυβερνούν την πίστα χορού.

Μάθημα από τον Τζον Πόλαρντ, κινούμενη απεικόνιση από τον Άντριου Φόερστερ.

Γιατί το αλάτι διαλύεται στο νερό,
ενώ το λάδι δεν διαλύεται;

Λοιπόν, με μαα λέξη, χημεία,

αλλά αυτό δεν είναι πολύ ικανοποιητικό,
έτσι δεν είναι;

Λοιπόν, ο λόγος που το αλάτι διαλύεται
και το λάδι δεν διαλύεται

συνοψίζεται στους δυο μεγάλους λόγους

για τους οποίους συμβαίνουν όλα:

την ενεργειακή

και την εντροπία.

Η ενεργειακή ασχολείται κυρίως

με τις ελκτικές δυνάμεις
μεταξύ των πραγμάτων.

Όταν παρατηρούμε
το λάδι ή το αλάτι στο νερό

εστιάζουμε στις δυνάμεις
μεταξύ των σωματιδίων,

σε μια πάρα πολύ μικρή κλίμακα,

μοριακού επιπέδου.

Για να σας δώσω
μια αίσθηση αυτής της κλίμακας,

σε ένα ποτήρι νερό

υπάρχουν περισσότερα μόρια

από τα γνωστά άστρα του σύμπαντος.

Τώρα, όλα αυτά τα μόρια βρίσκονται
σε αδιάκοπη κίνηση

μετακίνηση, δόνηση και περιστροφή.

Αυτό που εμποδίζει το σύνολο,
σχεδόν, όλων αυτών των μορίων

από το να πετάξουν απλώς έξω από το ποτήρι

είναι οι ελκτικές αλληλεπιδράσεις
μεταξύ των μορίων.

Η δύναμη αυτών των αλληλεπιδράσεων

μεταξύ του ίδιου του νερού
και των άλλων συστατικών

είναι αυτό που εννοούμε
όταν λέμε ενεργειακή.

Μπορείτε να σκεφτείτε
τα μόρια του νερού να εμπλέκονται

σε ένα διαρκή χορό

κατά κάποιο τρόπο,
σαν ένα αντικριστό χορό

όπου ανταλλάσσουν συνεχώς
και τυχαία παρτενέρ.

Με απλά λόγια, η δυνατότητα των ουσιών

να αλληλεπιδρούν με το νερό,

σε συνάρτηση με το πως αυτές διαταράσσουν

τον τρόπο που το νερό αλληλεπιδρά
με τον εαυτό του,

διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο στην εξήγηση

του γιατί ορισμένα πράγματα
ανακατεύονται καλά με το νερό

ενώ άλλα όχι.

Η εντροπία ουσιαστικά περιγράφει

τον τρόπο με τον οποίο μπορούν να οργανωθούν
τα πράγματα και η ενέργεια

βασισμένα σε τυχαία κίνηση.

Για παράδειγμα,
σκεφτείτε τον αέρα μέσα σε ένα δωμάτιο.

Φανταστείτε όλες τις διαφορετικές
πιθανές τακτοποιήσεις

στο χώρο
για τα τρισεκατομμύρια των σωματιδίων

που συνθέτουν τον αέρα.

Μερικές από αυτές τις τακτοποιήσεις

μπορεί να έχουν
όλα τα μόρια του οξυγόνου εδώ

και όλα τα μόρια του αζώτου εκεί,

διαχωρισμένα.

Αλλά οι περισσότερες πιθανές τακτοποιήσεις,

είναι η ανάμειξη
αυτών των μορίων μεταξύ τους.

Έτσι, η εντροπία ευνοεί την ανάμειξη.

Η ενεργητική ασχολείται
με τις ελκτικές δυνάμεις.

Και έτσι, εάν οι δυνάμεις έλξης
είναι παρούσες

η πιθανότητα μερικών διευθετήσεων

μπορεί να ενισχυθεί

σε αυτές, όπου τα πράγματα
έλκονται μεταξύ τους.

Έτσι, είναι πάντα η ισορροπία
αυτών των δύο πραγμάτων

που καθορίζει τι συμβαίνει.

Σε μοριακό επίπεδο,

το νερό αποτελείται από μόρια νερού,

σχηματιζόμενα από δύο άτομα υδρογόνου
και ένα άτομο οξυγόνου.

Στην υγρή μορφή του νερού,
αυτά τα μόρια εμπλέκονται

σε έναν συνεχή και τυχαίο αντικριστό χορό

ο οποίος ονομάζεται
δίκτυο δεσμών υδρογόνου.

Η εντροπία ευνοεί την διατήρηση

αυτού του αντικριστού χορού
που γίνεται ανά πάσα στιγμή.

Υπάρχουν πάντα περισσότεροι τρόποι

όπου το σύνολο των μορίων του νερού
μπορεί να τοποθετηθεί

σε ένα αντικριστό χορό

σε σύγκριση με το αν τα μόρια του νερού

τοποθετούνταν σε μια γραμμή χορού.

Έτσι ο αντικριστός χορός
πραγματοποιείται συνεχώς.

Λοιπόν, τι συμβαίνει
όταν ρίξετε αλάτι στο νερό;

Σε μοριακό επίπεδο

το αλάτι στην πραγματικότητα
σχηματίζεται από δύο διαφορετικά ιόντα

χλωρίου και νατρίου

που είναι οργανωμένα
σαν ένας τοίχος με τούβλα.

Εμφανίζονται στον αντικριστό χορό

σαν μια μεγάλη ομάδα σε σχηματισμό

και αρχικά κάθονται στα πλάγια

ντροπαλά και λίγο διστακτικά να διασπαστούν

σε ατομικά ιόντα ώστε
να συμμετέχουν στον χορό.

Όμως, ενδομύχως,
αυτοί οι ντροπαλοί χορευτές

θέλουν απλώς κάποιος
να τους ζητήσει να χορέψουν.

Έτσι, όταν ένα μόριο νερού
πέφτει τυχαία σε έναν από αυτούς,

και τους τραβά στο χορό,
μακρυά από την ομάδα τους,

αυτοί πηγαίνουν.

Και από τη στιγμή που πάνε στον χορό

δεν επιστρέφουν πίσω.

Στην πραγματικότητα,
η προσθήκη ιόντων αλατιού

προσθέτει περισσότερες
πιθανές θέσεις για χορό,

στον αντικριστό χορό,

έτσι ώστε να είναι ευνοϊκό γι' αυτά
να μείνουν για χορό με το νερό.

Τώρα, ας πάμε στο λάδι.

Με το λάδι, τα μόρια
κατά κάποιο τρόπο ενδιαφέρονται

να χορέψουν με το νερό,

έτσι η εντροπία ευνοεί
την συμμετοχή τους στον χορό.

Το πρόβλημα είναι ότι τα μόρια του λαδιού

φοράνε τεράστιες τουαλέτες

και είναι μεγαλύτερα
από τα μόρια του νερού.

Έτσι, όταν ένα μόριο λαδιού τραβηχτεί

το μέγεθός τους είναι πραγματικά
ενοχλητικό για τον χορό

και την τυχαία ανταλλαγή παρτενέρ

με την οποία εμπλέκονται τα μόρια του νερού,

ένα πολύ σημαντικό κομμάτι του χορού.

Επιπρόσθετα, δεν είναι σπουδαίοι χορευτές.

Τα μόρια του νερού
προσπαθούν να εμπλέξουν

τα μόρια του λαδιού στον χορό,

αλλά πέφτουν συνέχεια
πάνω στα φορέματά τους

που καταλαμβάνουν όλη την πίστα χορού.

Υπάρχουν περισσότεροι τρόποι
όπου το νερό μπορεί να χορέψει,

όταν το λάδι φύγει από την πίστα,

έτσι τα μόρια του νερού
απωθούν το λάδι,

σπρώχνοντάς το πίσω
στον πάγκο με τα άλλα μόρια.

Πολύ σύντομα, όταν
ένας μεγάλος αριθμός μορίων λαδιού

έχει απωθηθεί προς τα πλάγια,

συγκεντρώνονται για να συμπάσχουν

σχετικά με το πόσο άδικα
είναι τα μόρια του νερού

και κολλάνε αναμεταξύ
τους σαν μια ομάδα.

Έτσι, είναι αυτός ο συνδυασμός

των αλληλεπιδράσεων
μεταξύ των μορίων

και των διαθέσιμων διαμορφώσεων
που μπορούν να κάνουν

όταν κινούνται τυχαία

που υπαγορεύει εάν θα αναμιχθούν.

Με άλλα λόγια,
νερό και λάδι δεν αναμειγνύονται

επειδή απλά δεν αποτελούν
δύο σπουδαίους παρτενέρ.