Av Deborah Walden • Uppdaterad 24 mars 2022
Oljespill, salladsdressingar och otaliga vardagsstunder påminner oss om ett enkelt men grundläggande vetenskapligt faktum:olja och vatten blandas inte. Beteendet hos dessa två vätskor dikteras av de minsta byggstenarna som utgör dem – molekyler – och deras elektriska egenskaper.
Vatten (H2O) är en polär molekyl eftersom syreatomen bär en partiell negativ laddning medan väteatomerna bär partiella positiva laddningar. Denna ojämna laddningsfördelning skapar en dipol. Däremot är de flesta oljor sammansatta av långa kolvätekedjor som saknar någon betydande laddningsseparation, vilket gör dem opolära.
Motsatta elektriska laddningar attraherar, så den negativa sidan av en vattenmolekyl dras till den positiva sidan av en annan. Denna attraktion bildar vätebindningar - starka, riktade länkar som ger vattnet dess sammanhållning. När en oljemolekyl möter vatten betyder oljans opolära natur att den har en svagare dragning mot vatten än mot sin egen sort. Vätebindningarna mellan vattenmolekyler är dock så robusta att de motstår att brytas av olja.
Eftersom vätebindningarna som binder samman vattenmolekyler är starkare än de flyktiga attraktionerna mellan olja och vatten, kan oljan inte tränga igenom vattennätverket. Om en droppe olja placeras försiktigt på en vattenyta sprider den sig till en film som är en molekyl tjock och drar sig sedan tillbaka för att bilda ett distinkt lager. Skaka blandningen och oljan kommer snabbt att ombildas till separata kulor när rörelsen upphör.
Vattnets densitet är högre än för de flesta oljor, så vattenmolekyler packas tätare. När olja införs förhindrar de starkare vatten-vattenbindningarna oljemolekyler från att infiltrera huvuddelen av vätskan, vilket gör att oljan trycks uppåt. Följaktligen stiger olja alltid upp till ytan och förblir separerad från det underliggande vattnet.
Kort sagt, olja och vatten håller sig isär eftersom vattnets polaritet och vätebindande nätverk dominerar, medan oljans opolaritet och lägre densitet håller den flytande på ytan.
