Чому олія не змішується з водою

Увага: Через позицію правовласника щодо вмісту дане відео українською було видалене з Ютуб каналу "Цікава наука". Ви зможете знайти його на Толоці. Або тут.

Чому сіль розчиняється у воді, а олія ні?
Одним словом — це хімія.
Але ж ми хочемо подробиць, чи не так?
Отож, причина, по якій сіль розчиняється, а олія ні зводиться до двох великих причин, через які взагалі щось відбувається — енергетика та ентропія.
Енергетика, головним чином пов’язана з силами притягання між тілами.
Якщо ми дивимось на олію, чи сіль у воді, то фокусуємося на взаємодії між частинками на дуже-дуже-дуже маленькому масштабі — на молекулярному рівні.
Щоб ви могли уявити цей масштаб — в одній склянці більше молекул, ніж зірок у спостережуваному всесвіті.
Усі ці молекули перебувають у постійному русі, переміщуються, коливаються й обертаються.
Що ж не дозволяє майже усім цим молекулам просто вилетіти зі склянки?
Це притягання між молекулами.
Сила взаємодії між молекулами води й молекулами інших речовин — це те, що ми маємо на увазі, коли говоримо про енергетику.
Ви можете уявити, що молекули води наче зчеплені в постійному танці, схожому на кадриль, де вони постійним і випадковим чином обмінюються партнерами.
Простіше кажучи, здатність речовин взаємодіяти з водою врівноважена їхнім впливом на те, як молекули води взаємодіють між собою.
І це відіграє важливу роль в поясненні, чому одні речовини добре розчиняються у воді, а інші ні.
Ентропія насамперед описує те, як речі й енергія можуть бути впорядковані, базуючись на невпорядкованому русі.
Для прикладу розглянемо повітря в кімнаті.
Уявіть собі всі можливі способи розміщення в просторі трильйонів частинок, які складають повітря.
Деякі з цих способів могли б вмістити всі молекули кисню тут, а всі молекули азоту там, відокремленими.
Але існує набагато більше можливих розташувань, у яких ці молекули перемішані одні з одними.
Тобто ентропія сприяє перемішуванню.
Енергетика пов’язана з силами притягання.
Тому, якщо наявні сили притягання, ймовірність формування впорядкованих розміщень може бути підвищена.
Розміщень, де частинки притягаються одна до одної.
Таким чином баланс ентропії та енергетики визначає що відбувається.
На молекулярному рівні вода складається з молекул води, кожна з яких складається з двох атомів гідрогену й одного атома оксигену.
В рідкій воді ці молекули беруть участь в постійному і безладному танці, що реалізується водневими зв'язками.
Ентропія постійно підтримує цей хаотичний танець.
Завжди існує більше можливостей того, що молекули води перебуватимуть в такому танці у порівнянні з рухом по прямій.
Танець триває увесь час.
Що ж відбувається, коли ви кидаєте сіль у воду?
Отже, на атомарному рівні сіль складається з двох різних іонів — хлору і натрію, які утворюють структуру, схожу із цегляною стіною.
Вони з’являються на танцювальному майданчику великими сформованим групами.
Спочатку сидять збоку, соромлячись і трохи неохоче розділяючись на окремі іони, щоб приєднатися до танцю.
Але насправді ці сором’язливі танцюристи дуже хочуть, щоб їх хтось запросив потанцювати.
Тому, коли молекула води наштовхується на котрогось із них, і витягує їх з групи потанцювати, вони ідуть.
Як тільки вони виходять на майданчик, то назад вже не повертаються.
По суті, додавання іонів солі додає більше можливих позицій в цьому безладному танці, тому молекулам води дуже подобається з ними танцювати.
Тепер візьмемо олію.
Молекули олію начебто зацікавлені у танці з водою, тому ентропія сприяє їхній участі.
Проблема в тому, що молекули олії одягнені у величезні бальні сукні, і вони набагато більші, ніж молекули води.
Коли молекула олії втягується на майданчик, її розмір стає руйнівним для танців і випадковому обміну партнерами, чим займалися молекули води, що є дуже важливою частиною танцю.
До того ж вони не такі вже й хороші танцюристи.
Молекули води намагаються задіяти молекули олії в танці, але лише наштовхуються на їхні сукні й залишають майданчик.
Існує набагато більше способів, якими молекули води можуть брати участь у танці, коли олії не буде на майданчику.
Тому вода витісняє олію, виштовхуючи її молекули на сидіння до інших.
Незабаром, коли велика кількість молекул олії буде витіснена з танцмайданчика, вони об’єднуються, щоб скаржитися одна одній як несправедливо обійшлися з ними молекули води, і тримаються разом у групі.
Таким чином, саме це поєднання взаємодій між молекулами й доступних їм конфігурацій під час їхнього хаотичного руху змушує їх перемішуватися.
Іншими словами, олія і вода не змішуються тому, що вони не є хорошими танцювальними партнерами.