Perché l'olio e l'acqua non si mescolano? - John Pollard

Guarda l'intera lezione: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-oil-and-water-mix-john-pollard

Il sale si dissolve nell'acqua; l'olio no. Ma perché? Potete immaginare quel bicchiere di acqua come a una grande festa in discoteca dove le molecole di acqua cambiano sempre il compagno di ballo e e preferirebbero ballare con uno ione di sale. John Pollard spiega come due principi della chimica, l'energetica e l'entropia, governano la pista da ballo.

Lezione di John Pollard, animazione di Andrew Foerster.

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.