Подобное растворяется в подобном • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»
200 законов мироздания > Химия
Вещество лучше растворяется в жидкости, если оно обладает той же полярностью и сходными прочими характеристиками.
Всем известно, что масло и вода не смешиваются: если мы добавим каплю масла в стакан с водой, с этой каплей ничего не произойдет, она не растворится. С другой стороны, если в воду капнуть спирт (или этанол, как говорят химики), капля сразу исчезнет, потому что она растворилась. Это можно проверить, добавив каплю красного вина в стакан с водой. Химики объясняют такое поведение веществ эмпирическим правилом «подобное растворяется в подобном».
Дело в том, что вода — полярная молекула. Электроны в молекуле воды большую часть времени проводят около кислорода, и, хотя суммарный электрический заряд всей молекулы равен нулю, молекула воды со стороны водорода становится положительно заряженной. Молекула этанола также полярная, и поэтому между молекулами воды и этанола могут образовываться водородные связи (см.
С другой стороны, масло состоит из неполярных молекул, поэтому между ними и молекулами воды нет связей. И вода не может «схватиться» за углеводородные молекулы масла. В свою очередь, масло не может присоединиться достаточно прочно к какой-либо молекуле воды, чтобы оттолкнуть другие молекулы воды, как происходило бы при растворении. Масло не «подобно» воде и не растворяется в ней.
В обычной жизни мы часто используем правило «подобное растворяется в подобном», хотя, наверное, не отдаем себе в этом отчет. Мы применяем моющие вещества — молекулы с особой структурой. У них длинный углеводородный хвост (неполярный, как и у масла) присоединен к сильно полярной головке. И, когда такая молекула встречается со слоем жира на поверхности, которую мы моем, хвост проникает внутрь этого слоя, а полярные головки торчат наружу.
4
Показать комментарии (4)
Свернуть комментарии (4)
Стас 17.09.2007 13:17 Ответить
Не дано определение полярности. Что имеется ввиду: дипольный момент, диэлектрическая проницаемость или иное. Дипольный момент молекул спиртов и воды ~1,7 Дебай. Но в бутаноле масло растворяется, а в ряду пропанол — этанол — метанол — вода растворимость постепенно уменьшается до практически нуля при равной полярности (дипольный момент)молекул. Так что определяет растворимость?
Ответить
думаю, что растворимость определяет соотношение величины заряда диполя и размера неполярного углевода.
Мало того, думаю, что именно соотношения количества, размеров и взаимное расположение полярных и неполярных групп белка определяет его дальнейшее расположение — в воде или в мембране (целиком или частично) или вообще встык к друг другу без воды.Ответить
Мало того, думаю, что именно соотношения количества, размеров и взаимное расположение полярных и неполярных групп белка определяет его дальнейшее расположение — в воде или в мембране (целиком или частично) или вообще встык к друг другу без воды.Inna 02.07.2008 16:03 Ответить
Наверное нужно уточнить, что подразумевается под «маслом». Нефть (oil) растекается тонким слоем по поверхности воды из-за того, что неполярные хвосты молекул выталкиваются из воды (энтропийными «силами»), а полярные «головки» притягиваются к воде. Тот же эффект, что и с моющими средствами.
Ответить
mikad Inna 10.07.2008 13:12 Ответить
Под маслом подразумевается масло и тому подобные масляные вещества. Включая нефть.
Но любое другое — тоже. Нефть растекается тонким слоем по поверхности воды абсолютно не по той причине, что моющие средства. У нефти нет гидрофильных головок (точнее, есть, конечно, в малой и не особо интересной концентрации. Просто потому, что в нефти много чего есть, и полярные и амфифильные соединения в том числе).Ответить
Но любое другое — тоже. Нефть растекается тонким слоем по поверхности воды абсолютно не по той причине, что моющие средства. У нефти нет гидрофильных головок (точнее, есть, конечно, в малой и не особо интересной концентрации. Просто потому, что в нефти много чего есть, и полярные и амфифильные соединения в том числе).Написать комментарий
1877
Постоянная Больцмана
начало XIX в.
Поверхностное натяжение
Новостная рассылка
«Элементы» в соцсетях:
Эстеровые масла: достоинства и недостатки
В ряду смазочных материалов нового поколения особняком стоят эстеровые масла. У потребителей отношение к ним неоднозначное – одни считают, что это лучший выбор, других отпугивает высокая цена. В самом деле, такие масла доступны не всем. Их стоимость выше, чем у минеральных, в пять-десять раз. В результате возникают разговоры о недобросовестной маркетинговой политике производителей и «переоценённости» масла с эстерами.
Так имеет ли всё-таки смысл его покупать?
Чем замечательны эстеры?
Таблица сравнения моторных масел
Прежде всего стоит разобраться, что такое эстеры, составляющие основу высококачественного полусинтетического масла. Этим словом обозначаются сложные эфиры, которые получаются в результате этерификации спиртами карбоновых кислот, добываемых посредством гидролиза растительных масел (рапсового или масла кокосовой копры).
Впервые эстеры в качестве сырья для смазки были применены в начале 70-х гг прошлого века разработчиками Бельгии и Франции. Первыми очевидными достоинствами нового материала оказались его экологичность и простота утилизации по сравнению с другими моторными маслами.
Но самый главный плюс эстерового моторного масла состоит в полярности эфирных молекул и смещённости электронной плотности к атому кислорода карбонильной группы. Звучит, нередко, слишком заумно, но чтобы понять, какое преимущество даёт эта особенность, не обязательно хорошо разбираться в химии: отрицательно ионизированные атомы, которые содержатся в эстеровом моторном масле, притягиваются к положительно ионизированным или нейтральным атомам металлов и металлических сплавов.
Отсюда вывод: эстеровое масло образует плёнку, притягивающуюся к металлическим деталям, как магнит.
Не менее, чем запуск, опасны для двигателя моменты пиковых нагрузок. Прочность масляной плёнки, образуемой смазкой на эстеровой основе, составляет 22000 кг на квадратный сантиметр. Это во много раз превышает аналогичные показатели минеральной и полиальфаолефиновой основ. В силу этой характеристики эстерные масла широко применяются для гоночных автомобилей.
На уровень вязкости эстерных масел не влияют даже резкие колебания температуры окружающей среды, вследствие чего двигатель стабильно работает при любой погоде.
Почему так дорого?
Высокая продажная цена этой необычной смазки вполне оправданна, поскольку процесс производства эстеров сложен, трудоёмок и состоит из нескольких стадий. Наиболее затратным является первый и самый важный этап – гидролиз растительного сырья, в результате которого отделяется глицерин и образуются карбоновые кислоты. За ним следует нейтрализация кислоты тяжёлым спиртом, в молекуле которого содержится до двадцати двух атомов углерода (этот спирт не имеет ничего общего с используемым в пищевой промышленности).
Эстеровое моторное масло Xenum
Кстати, именно от спирта зависит такая характеристика конечного продукта, как вязкостность – она повышается прямо пропорционально величине радикала R1 в молекуле эфира. Здесь становится очевидно, что вязкость эстерового масла регулируется на этапе производства, в зависимости от того, какой спирт используется.
Для создания некоторых масел применяются синтезированные карбоновые кислоты. Это обеспечивает почти полную биоразлагаемость, то есть значительное повышение экологичности готового смазочного материала, но вместе с тем существенно увеличивает себестоимость – такое масло стоит дороже минерального уже не в пять-десять, а в пятнадцать раз.
Плюсы эстеров
Резюмируя, основные достоинства эстеровых масел таковы:
- идеальное сцепление с металлическими поверхностями, благодаря чему исключается «масляное голодание» двигателя;
- прочная защитная плёнка даже при высоких скачках нагрузки;
- отсутствие вредных присадок;
- низкий расход смазки на угар;
- сохранение текучести при понижении температуры, благодаря чему автомобиль легко заведётся даже в мороз;
- защита мотора от шлакообразования;
- экологичность при производстве и использовании.
Насколько обоснованна критика?
У тех, кто критикует эстеровые масла, весьма популярен такой аргумент, как «завышение» цены в результате развёрнутой рекламной кампании. Не все понимают, что высокая стоимость объясняется спецификой производства сложных эфиров.Наряду с этим, даже небольшое содержание эстеров в моторном масле значительно повышает его потребительские качества по сравнению с минеральной основой. Поэтому такие нападки никак нельзя назвать разумными.
Второй излюбленный довод противников масел на эстеровой основе относится к потере смазочных свойств в результате попадания в масло хотя бы одной капли воды. Это явное преувеличение – на самом деле, чтобы эстеровая смазка превратилась в желе, объём воды должен быть не меньше первоначального объёма масла. Обычный конденсат не причинит смазочному материалу ни малейшего вреда.
Подведём итог
Покупать или нет эстеровые масла – личное дело каждого автолюбителя.
Вряд ли имеет смысл использовать такую дорогую смазку для устаревшего двигателя. Но если автомобиль новый и вы предполагаете ездить без проблем в течение долгих лет, масло на эстеровой основе гарантированно окупит себя.
Химия жизни: множество применений нефти
Живая наука поддерживается аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.
Черное золото: где нефть Примечание редактора: Эта периодическая серия статей посвящена жизненно важным вещам в нашей жизни и химии, из которой они состоят. Помимо воды, нет другой жидкости, на которую люди полагаются больше, чем на нефть. Он питает наши автомобили, обогревает наши дома, прокладывает дороги и заполняет наши полки бесчисленными потребительскими товарами. Согласно последним данным Управления энергетической информации, около 85 процентов нефти или сырой нефти, потребляемой в Соединенных Штатах, идет на топливо, такое как бензин, топливо для реактивных двигателей и домашнее топливо.
«Жидкое топливо — это то, о чем все знают, но очень большое количество других продуктов получают из нефти», — сказал Жан-Франсуа Лариве, технический координатор Concawe, ассоциации европейских нефтяных компаний. Список нетопливных соединений, которые можно извлечь из нефти, исчерпывающий: смазочные материалы для автомобилей, асфальт для дорог, гудроны для кровли, воски для упаковки пищевых продуктов, а также растворители для красок, косметики и средств химчистки. Нефтехимия также обеспечивает строительные блоки для огромного количества пластмасс и пеноматериалов. Раннее использование Нефть использовалась тысячи лет. Древние вавилоняне строили стены и башни из асфальта, китайцы бурили скважины для получения «каменного масла» для обогрева и освещения, а византийцы распыляли «греческий огонь» как зажигательное оружие. Многие культуры также использовали нефть в качестве лекарственного средства, дав ей такие названия, как «масло Святого Квирина», «барбадосская смола» и «масло Сенеки».
Наше современное общество продолжает использовать вазелин в качестве кожной мази. Нефть стала очень ценным товаром в середине 19века, когда были разработаны современные методы химической перегонки для отделения керосина от сырой нефти. Очищенный керосин можно было использовать в лампах, заменив более дорогой китовый жир. Фактически, первый нефтяной бум в Соединенных Штатах, который начался ровно 150 лет назад в Западной Пенсильвании, был вызван рынком керосина. Однако в 1919 году производство керосина превзошло производство бензина, другого производного нефти. С тех пор успехи нефтяной промышленности во многом определялись популярностью автомобилей. Почти 90 процентов транспортной энергии поступает из топлива, полученного из нефти. Химическое попурри Нефть — это не одна молекула, а смесь тысяч молекул, наиболее важными из которых являются углеводороды. Это цепочки или кольца атомов углерода, окруженные атомами водорода. Связи между атомами углерода и водорода хранят большое количество химической энергии.
Когда углеводород сжигается, эти связи разрываются, образуя углекислый газ и воду. «С углеводородами вы можете нести много энергии в небольшом объеме, что делает их привлекательными в качестве транспортного топлива», — сказал Лариве LiveScience. Хотя на бензин приходится почти половина всего производства нефти в Соединенных Штатах, на современных нефтеперерабатывающих заводах производится широкий спектр топлива и специальных масел. Нефть сначала нагревают в котле, чтобы отделить более мелкие углеводороды с низкой температурой кипения от более крупных углеводородов с высокой температурой кипения. Различные дистилляты можно приблизительно охарактеризовать по количеству атомов углерода в составляющих их углеводородах: Нефтяной газ состоит из молекул с 1-4 атомами углерода, включая метан, этан, пропан и бутан. Он используется для отопления, автомобильного топлива (в виде так называемого сжиженного нефтяного газа) и в качестве химического сырья. * Нафта представляет собой смесь молекул в диапазоне от 5 до 9углероды.
Он используется в качестве растворителя в таких продуктах, как краска и полироль для дерева, или его можно смешивать с бензином. * Бензин представляет собой комбинацию молекул, в основном содержащих от 6 до 11 атомов углерода. Из них гептан с 7 атомами углерода вызывает нежелательную детонацию в двигателе, поэтому нефтепереработчики пытаются смешать более легко горящий октан с 8 атомами углерода. * Керосин, содержащий от 10 до 18 атомов углерода на молекулу, в настоящее время в основном используется для производства реактивного топлива. * Дизель состоит из углеводородов, содержащих примерно от 12 до 24 атомов углерода. Он может питать автомобили, поезда и тяжелую технику. * Смазочное масло получают из более тяжелых молекул, содержащих от 20 до 50 атомов углерода. * Мазут содержит от 20 до 70 атомов углерода на молекулу и находит применение на электростанциях и в судовых котлах. * Остатки представляют собой твердые вещества при комнатной температуре, состоящие из молекул с 30 или более атомами углерода.
К ним относятся асфальт, деготь и воски. Еще одним остатком является богатый углеродом «кокс», который находит применение в качестве топлива или в термостойких электродах. Нефтеперерабатывающие заводы не должны просто довольствоваться смесью углеводородов, которую природа дает в виде нефти. Существует несколько химических процессов, которые могут превратить один углеводород в другой. Например, «крекинг» включает расщепление более крупных углеводородов на более мелкие либо с помощью тепла, либо с помощью катализаторов. Нефтехимия Помимо высокой плотности энергии, длинные цепи углеводородов также являются хорошими строительными блоками для создания более сложных молекул, таких как пластмассы и фармацевтические препараты. «Нефть — это большой источник готовых и полуготовых молекул», — сказал Лариве. Двумя основными классами нефтехимических соединений являются олефины и ароматические соединения. Эти молекулы имеют «ненасыщенные» углеродные связи, которые позволяют им соединяться в длинные цепи, называемые полимерами.
Олефины, такие как этилен и пропилен, образуются из нефтяного газа или при крекинге более крупных углеводородов. Этилен используется для производства полиэтилена (например, пакетов для покупок) и винила (например, сидений, сайдинга, грампластинок). Пропилен используется для производства полипропилена (например, жесткой упаковки, мебели) и изопропилового спирта. Ароматические соединения представляют собой кольцевые углеводороды, такие как бензол, толуол и ксилол. Бензол используется для производства полистиролов (например, пластиковой посуды, пенополистирола). Толуол используется для изготовления полиуретанов (например, мебельных пенопластов) и нейлона (например, веревок, чулок). Ксилол используется в полиэфирах (например, в тканях). Будущее использование нефти Несмотря на всю ее полезность, есть сильное желание ограничить нашу зависимость от нефти. Он оказывает дестабилизирующее влияние на глобальную политику, а также дестабилизирующее влияние на глобальный климат через сопутствующие выбросы углекислого газа.
Биотопливо, такое как этанол и биодизель, привлекает большое внимание, и исследователи работают над созданием пластика из растений и сельскохозяйственных отходов. Однако альтернативам придется конкурировать с относительно низкой ценой на нефть и высокой энергетической плотностью топлива, полученного из нефти. Кроме того, современные методы ведения сельского хозяйства требуют большого количества нефти для привода тракторов и грузовиков, а также для производства некоторых пестицидов и удобрений. «По всей вероятности, нефть нам понадобится еще довольно долго», — сказал Лариве.
- Химия жизни: человеческое тело
- Химия жизни: откуда берется нефть
- Химия жизни: пластик в автомобилях
Майкл Ширбер начал писать для LiveScience в 2004 году, когда и он, и сайт только начинали свою работу. Он затронул широкий круг тем для LiveScience, от происхождения жизни до физики вождения Nascar, и написал длинную серию статей об экологических технологиях. На протяжении многих лет он также писал для Science, Physics World и New Scientist.
Подробнее на его сайте.
молекулярная активность воды против. Масло
••• Comstock Images/Stockbyte/Getty Images
Обновлено 25 апреля 2017 г.
Серм Мурмсон
Вода и масло не взаимодействуют из-за различий в полярности. Вода — полярная молекула, а масло — нет. Полярность воды придает ей высокое поверхностное натяжение. Разница в полярности также делает масло нерастворимым в воде. Мыло может использовать эти различия для разделения двух типов молекул, тем самым облегчая процесс очистки.
Полярность
Электростатический потенциал полярной молекулы распределен неравномерно по всей молекуле. Возникающая в результате разность электрических потенциалов называется дипольным моментом. Молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Атом кислорода оказывает сильное притяжение на электроны в молекуле. Молекула воды имеет изогнутую форму, где отрицательный заряд сосредоточен вокруг атома кислорода, а суммарный положительный заряд сосредоточен вокруг атомов водорода.
Это дает воде чистый дипольный момент. Молекулы масла, с другой стороны, неполярны. Ни в одном месте молекулы масла нет чистого заряда.
Поверхностное натяжение
Полярность воды дает ей возможность образовывать водородные связи с другими молекулами. В водородной связи отрицательный диполь кислорода притягивает положительный диполь водорода от другой молекулы воды. Возникающие в результате связи называются водородными связями, и они способствуют высокому поверхностному натяжению воды. Чтобы изменить поверхностное натяжение, можно нагреть воду. Это более низкое поверхностное натяжение позволяет воде проникать в меньшие пространства, чем если бы она имела более высокое поверхностное натяжение.
Растворимость
Относительная полярность двух молекул напрямую связана с их растворимостью. Как правило, растворы включают молекулы схожей полярности. Поэтому масло не растворяется в воде. На самом деле масло называют гидрофобным или «ненавидящим воду».
Суммарные заряды молекулы воды не притягивают нейтральные молекулы масла, и наоборот. Следовательно, масло и вода не смешиваются. Если вы объедините их, вы заметите, что они создают отдельные слои в чашке.
Мыло
Мыло использует молекулярные различия между водой и маслом. Часть молекулы мыла неполярна, поэтому может смешиваться с маслом. Другая часть молекулы мыла полярна и поэтому может взаимодействовать с молекулами воды. Это взаимодействие помогает ослабить поверхностное натяжение и водородные связи между молекулами воды. Кроме того, неполярные концы молекул мыла будут притягиваться к неполярным молекулам масла и жира. Это создает сферическую структуру, называемую мицеллой, где молекулы масла или жира находятся в центре, а вода остается снаружи. 9
Серм Мурмсон — писатель, мыслитель, музыкант и многое другое. Он имеет степень бакалавра антропологии Чикагского университета.
