Why don't oil and water mix? - John Pollard

Почему масло не растворяется в воде? — Джон Поллард

Переводчик: Anna Usanina Редактор: Alina Siluyanova

Why does salt dissolve in water but oil doesn't?

Почему соль растворяется в воде, а масло нет?

Well, in a word, chemistry,

Одним словом — химия,

but that's not very satisfying, is it?

но мы хотим подробностей, не так ли?

Well, the reason salt dissolves and oil does not

Итак, причина, по которой соль растворяется, а масло — нет,

comes down to the two big reasons

связана с двумя большими причинами,

why anything happens at all:

в связи с которыми вообще что-то происходит:

energetics

энергетика

and entropy.

и энтропия.

Energetics deals primarily

Энергетика, главным образом, связана

with the attractive forces between things.

с силами притяжения между объектами.

When we look at oil or salt in water,

Если мы присмотримся к маслу или соли в воде,

we focus on the forces between particles

то мы увидим, что происходит взаимодействие между частицами

on a very, very, very small scale,

в очень, очень, очень маленьком масштабе,

the molecular level.

на молекулярном уровне.

To give you a sense of this scale,

Чтобы вы могли представить этот масштаб:

in one glass of water,

в одном стакане воды

there are more molecules

больше молекул,

than known stars in the universe.

чем известных науке звёзд во вселенной.

Now, all of these molecules are in constant motion,

Все эти молекулы находятся в постоянном движении:

moving, vibrating, and rotating.

перемещаются, колеблются и вращаются.

What prevents almost all of those molecules

Именно взаимное притяжение

from just flying out of the glass

между этими молекулами не даёт

are the attractive interactions between molecules.

большинству из них вылететь из стакана.

The strength of the interactions

Силы взаимодействия

between water, itself, and other substances

между молекулами воды и молекулами других веществ —

is what we mean when we say energetics.

это то, что мы подразумеваем, когда говорим об энергетике.

You can think of the water molecules engaging

Представьте, что молекулы воды как будто бы участвуют

in a constant dance,

в непрекращающемся танце,

sort of like a square dance

что-то типа кадрили,

where they constantly and randomly exchange partners.

где они постоянно и произвольно меняются партнёрами.

Put simply, the ability for substances

Проще говоря, способность веществ

to interact with water,

взаимодействовать с водой,

balanced with how they disrupt

уравновешенная их нарушением,

how water interacts with itself,

в то время как молекулы воды взаимодействуют между собой,

plays an important role in explaining

имеет большое значение при объяснении,

why certain things mix well into water

почему одни вещества хорошо растворяются в воде,

and others don't.

а другие — нет.

Entropy basically describes

Энтропия, прежде всего, описывает

the way things and energy can be arranged

то, как частицы и энергия могут быть упорядочены,

based on random motion.

основываясь на произвольном движении.

For example, think of the air in a room.

Например, рассмотрим воздух в комнате.

Imagine all the different possible arrangements

Представьте себе все возможные скопления

in space for the trillions of particles

из триллиона частиц,

that make up the air.

из которых состоит воздух.

Some of those arrangments

Некоторые из них

might have all the oxygen molecules over here

могли бы содержать все молекулы кислорода здесь

and all the nitrogen molecules over there,

и все молекулы азота там,

separated.

отдельно.

But far more of the possible arrangements

Но большинство из возможных скоплений

have those molecules mixed up with one another.

содержат перемешанные друг с друг молекулы.

So, entropy favors mixing.

То есть энтропия благоприятствует перемешиванию.

Energetics deals with attractive forces.

Энергетика связана с силами притяжения.

And so, if attractive forces are present,

И поэтому, если присутствуют силы притяжения,

the probability of some arrangements

вероятность образования каких-нибудь скоплений

can be enhanced,

может быть увеличена —

the ones where things are attracted to each other.

скоплений, где частицы притягиваются друг к другу.

So, it is always the balance of these two things

Поэтому именно соотношение между энтропией и энергетикой

that determines what happens.

определяет происходящее.

On the molecular level,

На молекулярном уровне

water is comprised of water molecules,

вода состоит из молекул воды,

made up of two hydrogen atoms and an oxygen atom.

составленных из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

As liquid water, these molecules are engaged

Поскольку вода является жидкостью, эти молекулы участвуют

in a constant and random square dance

в непрекращающемся танце со случайной сменой партнёров,

that is called the hydrogen bonding network.

который называется водородная связь.

Entropy favors keeping

Энтропия постоянно поддерживает

the square dance going at all times.

этот танец.

There are always more ways

В кадриле молекулы воды

that all the water molecules can arrange

могут исполнять огромное количество

in a square dance,

движений,

as compared to if the water molecules

по сравнению с другим,

did a line dance.

менее разнообразным танцем.

So, the square dance constantly goes on.

Танец никогда не прекращается.

So, what happens when you put salt in the water?

Что же происходит после помещения соли в воду?

Well, on the molecular level,

На молекулярном уровне

salt is actually made up of two different ions,

соль состоит из двух ионов,

chlorine and sodium,

хлора и натрия,

that are organized like a brick wall.

организованные как кирпичная стена.

They show up to the dance

Они появляются на танцполе

as a big group in formation

большими группами

and sit on the side at first,

и по началу сидят в сторонке,

shy and a bit reluctant to break apart

стесняясь и сопротивляясь разделению

into individual ions to join the dance.

на отдельные ионы, дабы присоединиться к танцу.

But secretly, those shy dancers

Но на самом деле, эти стеснительные танцоры

just want someone to ask them to join.

безумно хотят, чтобы их кто-нибудь пригласил потанцевать.

So, when a water randomly bumps into one of them

Поэтому, когда молекула воды наталкивается на кого-то из них

and pulls them into the dance away from their group,

и вытаскивает их из группы потанцевать,

they go.

они соглашаются.

And once they go into the dance,

Как только они выходят на танцпол,

they don't come back out.

назад уже не возвращаются.

And in fact, the addition of the salt ions

По сути, участие ионов соли

adds more possible dance positions

вносит разнообразие в танцевальные движения

in the square dance,

кадрили,

so it is favored for them to stay dancing with water.

поэтому молекулам воды очень нравиться с ними танцевать.

Now, let's take oil.

Возьмём масло.

With oil, the molecules are sort of interested

Молекулы масла вроде как заинтересованы

in dancing with water,

потанцевать с водой,

so entropy favors them joining the dance.

поэтому энтропия благоприятствует этому.

The problem is that oil molecules

Проблема в том, что молекулы масла

are wearing gigantic ballgowns,

одеты в огромные бальные платья,

and they're way bigger than water molecules.

и они гораздо больше, чем молекулы воды.

So, when an oil molecule gets pulled in,

Когда молекула масла выходит на танцпол,

their size is really disruptive to the dance

их размер мешает танцевать

and the random exchange of partners

и обмениваться партнёрами —

that the waters engage in,

молекулами воды,

a very important part of the dance.

что является весьма важной частью танца.

In addition, they are not great dancers.

К тому же, они не такие уж хорошие танцоры.

The water molecules try to engage

Молекулы воды пытаются задействовать

the oil molecules in the dance,

молекулы масла в танце,

but they just keep bumping into their dresses

но лишь наталкиваются на их платья

and taking up all the room on the dance floor.

и падают на танцпол.

There are way more ways the waters can dance

Без масла молекулы воды

when the oil gets off the floor,

могут танцевать куда более разнообразно,

so the waters squeeze out the oil,

поэтому молекулы воды прогоняют масло с танцпола,

pushing it back to the bench with the others.

отправляя их на скамейку к другим.

Pretty soon, when a large number of oils

Вскоре, когда собирается большое количество подобных молекул масла,

have been squeezed over to the side,

выгнанных с танцпола,

they band together to commiserate

они начинают жаловаться друг другу,

about how unfair the waters are being

как несправедливо с ними обошлись молекулы воды,

and stick together as a group.

и держатся обособленной группой.

So, it is this combination

Такова совокупность

of the interactions between molecules

взаимоотношений между молекулами

and the configurations available to them

и возможных связей между ними,

when they're moving randomly

пока они хаотично передвигаются,

that dictates whether they mix.

что определяет растворимость одного вещества в другом.

In other words, water and oil don't mix

Другими словами, масло не растворяется в воде,

because they just don't make great dance partners.

потому что они плохие партнёры по танцам.