Dlaczego olej nie miesza się z wodą? - John Pollard

Cała lekcja: http://ed.ted.com/lessons/why-don-t-oil-and-water-mix-john-pollard

Sól rozpuszcza się w wodzie; olej nie. Ale dlaczego? Pomyśl o szklance wody jako o dużej imprezie tanecznej, gdzie cząstki wody ciągle zmieniają partnerów -- i bardziej wolą taniec z jonami soli. John Pollard wyjaśnia, jak dwa chemiczne zjawiska, energetyka and entropia, rządzą parkietem.

Lekcja: John Pollard, animacja: Andrew Foerster.

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.

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.

i odciągnie jednego z dala od grupy - idą.

Jak już raz zatańczą, nie wracają.

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.

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.