Di Deborah Walden • Aggiornato il 24 marzo 2022
Fuoriuscite di petrolio, condimenti per l'insalata e innumerevoli momenti quotidiani ci ricordano un fatto scientifico semplice ma fondamentale:il petrolio e l'acqua non si mescolano. Il comportamento di questi due liquidi è dettato dagli elementi più piccoli che li compongono, le molecole, e dalle loro proprietà elettriche.
L'acqua (H₂O) è una molecola polare perché l'atomo di ossigeno trasporta una carica negativa parziale mentre gli atomi di idrogeno trasportano cariche positive parziali. Questa distribuzione irregolare della carica crea un dipolo. Al contrario, la maggior parte degli oli è composta da lunghe catene di idrocarburi prive di una significativa separazione di carica, il che le rende non polari.
Le cariche elettriche opposte si attraggono, quindi il lato negativo di una molecola d'acqua viene attratto dal lato positivo di un'altra. Questa attrazione forma legami idrogeno:legami forti e direzionali che conferiscono all’acqua la sua coesione. Quando una molecola di olio incontra l’acqua, la natura non polare del petrolio significa che ha un’attrazione più debole verso l’acqua rispetto a quella verso i suoi simili. Tuttavia, i legami idrogeno tra le molecole d'acqua sono così robusti che resistono alla rottura del petrolio.
Poiché i legami idrogeno che legano insieme le molecole d’acqua sono più forti delle attrazioni fugaci tra petrolio e acqua, il petrolio non può penetrare nella rete idrica. Se una goccia d'olio viene posta delicatamente sulla superficie dell'acqua, si diffonde in una pellicola spessa una molecola, quindi si ritira per formare uno strato distinto. Agitare la miscela e l'olio si riformerà rapidamente in globuli separati una volta terminato il movimento.
La densità dell’acqua è superiore a quella della maggior parte degli oli, quindi le molecole d’acqua sono più fitte. Quando viene introdotto l’olio, i legami acqua-acqua più forti impediscono alle molecole di olio di infiltrarsi nella maggior parte del liquido, provocando la spinta dell’olio verso l’alto. Di conseguenza il petrolio risale sempre in superficie e rimane separato dall'acqua sottostante.
In breve, il petrolio e l'acqua restano separati perché prevalgono la polarità dell'acqua e la rete di legami a idrogeno, mentre la non polarità e la minore densità del petrolio lo mantengono galleggiante in superficie.
