Pozostałe odpowiedzi są poprawne, ale myślę, że możesz skorzystać z bardziej „mikroskopijnego” spojrzenia na to, co się tutaj dzieje.

Za każdym razem, gdy jedna substancja (substancja rozpuszczona) rozpuszcza się w innej (rozpuszczalniku) , co się dzieje w skali molekularnej to fakt, że cząsteczki substancji rozpuszczonej są otoczone cząsteczkami rozpuszczalnika.

Co jest przyczyną tego? Jak opisał @Chris, obowiązują tu dwie zasady - termodynamika i kinetyka .

Mówiąc prościej, możesz pomyśleć o termodynamice jako odpowiedzi na pytanie „jak bardzo się rozpuści, jeśli będę czekać nieskończoną ilość czasu”, podczas gdy kinetyka odpowiada na pytanie „jak długo muszę czekać, zanim ilość X się rozpuści”. Na oba pytania zwykle nie jest łatwo odpowiedzieć w skali makroskopowej (nasz świat), ale obydwoma rządzą dwie bardzo łatwe do zrozumienia zasady w skali mikroskopowej (świata cząsteczek): potencjał i energia kinetyczna .

Energia potencjalna

W skali makroskopowej zazwyczaj myślimy tylko o grawitacyjnej energii potencjalnej - polu odpowiedzialnym za siłę grawitacji. Jesteśmy przyzwyczajeni do myślenia o obiektach znajdujących się wysoko nad powierzchnią ziemi, spadających w kierunku ziemi, gdy nadarzy się taka możliwość. Jeśli pokażę ci zdjęcie skały siedzącej na powierzchni ziemi:

A potem zapytam: „Gdzie ta skała pójdzie?” masz całkiem niezły pomysł: przejdzie do najniższego punktu (uwzględniamy tutaj tarcie).

W skali mikroskopowej pola grawitacyjne są wyjątkowo słabe, ale na ich miejscu mamy pola elektrostatycznej energii potencjalnej . Są one podobne w tym sensie, że rzeczy próbują przejść od energii o wysokim potencjale do energii o niższym potencjale, ale z jedną kluczową różnicą: możesz mieć ładunki ujemne i dodatnie, a kiedy ładunki mają przeciwny znak, przyciągają się nawzajem, a kiedy mają ten sam znak, odpychają się.

Teraz szczegóły tego, w jaki sposób każda pojedyncza cząsteczka uzyskuje określony ładunek, są dość skomplikowane, ale możemy uciec od zrozumienia tylko jednej rzeczy:

Wszystkie cząsteczki mają między sobą atrakcyjną energię potencjalną, ale wielkość tej potencjalnej energii jest bardzo zróżnicowana. Na przykład siła między atomem wodoru na jednej cząsteczce wody ( $ H_2O $ ) a atomem tlenu na innej cząsteczce wody jest około 100 razy większa niż siła między dwoma cząsteczki tlenu ( $ O_2 $ ). Dzieje się tak, ponieważ różnica ładunków w cząsteczkach wody jest znacznie większa (około 100 razy) niż różnica ładunków w cząsteczkach tlenu.

Oznacza to, że zawsze możemy myśleć o energii potencjalnej między dwoma atomami jako o czymś w ten sposób:

Cząstka „duch” reprezentuje atom stacjonarny, a linia reprezentuje „powierzchnię” energii potencjalnej, którą mógłby zobaczyć inny atom. Na tym wykresie miejmy nadzieję widać, że poruszający się atom miałby tendencję do opadania w kierunku atomu stacjonarnego, aż do momentu jego dotknięcia, w którym to momencie zatrzymałby się. Ponieważ wszystkie atomy mają pewną siłę przyciągania między sobą, a zmienia się tylko wielkość, możemy zachować ten obraz w pamięci i po prostu zmienić głębokość potencjalnej energii „dobrze”, aby siły były silniejsze lub słabsze .

Energia kinetyczna

Zmodyfikujmy nieco pierwszą powierzchnię energii potencjalnej:

Teraz, jeśli zapytam „dokąd pójdzie kamień?”, odpowiedź będzie trochę trudniejsza. Powodem jest to, że można stwierdzić, że skała jest „uwięziona” w pierwszej małej dolinie. Intuicyjnie prawdopodobnie zauważysz, że gdyby miał jakąś prędkość lub jakąś energię kinetyczną , mógłby uciec z pierwszej doliny i skończyć w drugiej. Myśląc o tym w ten sposób, możesz również zauważyć, że nawet na pierwszym zdjęciu potrzebowałaby odrobiny energii kinetycznej, aby się poruszać. Możesz również zobaczyć, że jeśli którakolwiek skała ma dużo energii kinetycznej, w rzeczywistości przejdzie przez głębszą dolinę i skończy gdzieś za prawą stroną obrazu.

Co możemy od tego wyciągnąć, że potencjalne powierzchnie energii mówią nam, gdzie rzeczy chcą (używam tego terminu bardzo luźno), podczas gdy energia kinetyczna mówi nam, czy są w stanie aby się tam dostać.

Spójrzmy na inny obraz mikroskopowy:

Atomy z wcześniejszych czasów mają najniższą energię potencjalną. Aby się rozpadły, musisz dać im trochę energii kinetycznej.

Jak dajemy energię kinetyczną atomów? Zwiększając temperaturę . Temperatura jest bezpośrednio związana z energią kinetyczną - wraz ze wzrostem temperatury rośnie także średnia energia kinetyczna każdego atomu i cząsteczki w układzie.

Do tej pory możesz być w stanie zgadnij, jak podwyższenie temperatury wody pomaga jej skuteczniej czyścić, ale spójrzmy na kilka szczegółów, aby mieć pewność.

Rozpuszczalność

Możemy zrobić mikroskopowy obraz energii potencjalnej i kinetycznej i wyciągnij z niego dwie ważne wskazówki:

1. Wszystkie atomy są „lepkie”, chociaż niektóre są bardziej lepkie niż inne
2. Wyższe temperatury oznaczają, że atomy mają większe energie kinetyczne

Wracając do pytania o filiżankę kawy, wszystko, co musimy teraz zrobić, to zastanowić się, jak będą one współgrać z konkretnymi cząsteczkami, na które patrzysz.

Kawa to mieszanka wielu różnych rzeczy - olejów, związków rozpuszczalnych w wodzie, spalonych węglowodorów (jak na starą filiżankę kawy) itp. Każda z tych rzeczy ma inną „lepkość”. Oleje wcale nie są zbyt lepkie - siły przyciągania między nimi są dość słabe. Związki rozpuszczalne w wodzie są bardzo „lepkie” - silnie się przyciągają, ponieważ mają duże ładunki. Ponieważ cząsteczki wody mają również duże ładunki, to właśnie sprawia, że ​​związki rozpuszczalne w wodzie są rozpuszczalne w wodzie - łatwo przylegają do wody. Spalone węglowodory nie są zbyt lepkie, podobnie jak oleje.

Ponieważ cząsteczki o dużych ładunkach mają tendencję do przyklejania się do cząsteczek wody, nazywamy je hydrofilowymi - co oznacza, że ​​„kochają” wodę . Cząsteczki, które nie mają dużych ładunków, nazywane są hydrofobowymi - „boją się” wody. Chociaż nazwa sugeruje, że są odpychane przez wodę, ważne jest, aby wiedzieć, że w rzeczywistości nie ma żadnych sił odpychających między wodą a związkami hydrofobowymi - po prostu woda tak bardzo się lubi, związki hydrofobowe są wykluczone i kończą się przyklejaniem do siebie .

Wracając do brudnej filiżanki kawy, kiedy dodajemy wodę i zaczynamy szorować, dzieje się wiele rzeczy:

Związki hydrofilowe

Związki hydrofilowe szybko rozpuszczają się w wodzie, ponieważ bardzo dobrze przylegają do wody w porównaniu do tego, jak dobrze przylegają do siebie i do kubka. W przypadku, gdy przylegają do siebie lub do kubka lepiej niż do wody, różnica nie jest duża, więc wprowadzenie ich do wody nie wymaga dużej energii kinetycznej. Tak więc ciepła woda ułatwia ich rozpuszczanie.

Związki hydrofobowe

Związki hydrofobowe (oleje, przypalenia, większość plam) nie przyczepiają się do wody. Przyklejają się trochę do siebie (pamiętaj, że siły są znacznie słabsze w porównaniu z wodą, ponieważ ładunki są bardzo małe), ale woda przylega do siebie tak dobrze, że oleje nie mają szansy dostać się między cząsteczki wody. Możemy je szorować, co dostarczy wystarczającej ilości energii, aby je uwolnić i pozwolić wodzie je unieść, ale gdybyśmy również zwiększyli energię kinetyczną poprzez podwyższenie temperatury wody, moglibyśmy pokonać obie słabsze siły utrzymujące hydrofobowy związki razem, jednocześnie nadając cząsteczkom wody większą ruchliwość, dzięki czemu mogą się rozsuwać i wpuszczać związki hydrofobowe. Dlatego też cieplejsza woda ułatwia również wypłukiwanie związków hydrofobowych.

Makroskopowe Widok

Możemy to powiązać z pierwotną dyskusją na temat termodynamiki i kinetyki. Jeśli podniesiesz temperaturę wody, odpowiedź na pytanie „Ile się rozpuści” brzmi „więcej”. (To była część dotycząca termodynamiki). Odpowiedź na pytanie „Jak długo to potrwa” brzmi „nie tak długo” (kinetyka).

I jak powiedział @anna, są inne rzeczy, które możesz zrobić, aby było to jeszcze łatwiejsze. Na przykład mydło składa się z cząsteczek o długim łańcuchu z jednym końcem naładowanym i jednym nienaładowanym. Oznacza to, że jeden koniec jest hydrofilowy, a drugi koniec hydrofobowy. Kiedy dodasz mydło do obrazu, hydrofilowy koniec trafia do wody, podczas gdy hydrofobowy koniec próbuje otoczyć oleje i spalone rzeczy. Ostatecznym wynikiem są małe „bąbelki” (zwane micelami ) zbudowane z cząsteczek mydła otaczających cząsteczki hydrofobowe, które z kolei są otoczone wodą.

Po pierwsze, byłbym bardzo sceptyczny wobec anegdotycznych twierdzeń - istnieje wiele rodzajów psychologicznych uprzedzeń, które mogą wpływać na postrzegany wynik.

To powiedziawszy, woda jest używana do czyścić powierzchnie, usuwając duże cząsteczki i rozpuszczając małe. W przypadku przenoszenia kawałków brudu wystarczy każda temperatura.

Jeśli chodzi o rozpuszczanie, istnieją dwie istotne (i często ze sobą powiązane) koncepcje: termodynamika i kinetyka .

Przez termodynamikę rozumiem, ile materiału można rozpuścić, zanim woda zostanie nasycona. Ma to znaczenie, jeśli zostawisz coś namoczonego w małej ilości wody przez długi czas. Jeśli woda nie może zatrzymać całego materiału, który chcesz, aby rozpuścił, to rzeczywiście pozostawi trochę pozostałości. Cieplejsza woda ma tendencję do rozpuszczania nieco większych ilości ciał stałych, ale pamiętaj, że dotyczy to tylko sytuacji, gdy utrzymujesz ciepłą wodę przez cały proces namaczania.

W praktyce nasycenie wody jest zwykle raczej trudne. Ograniczającym procesem jest częściej kinetyka - to, jak szybko materiały rozpuszczają się w wodzie. Jeśli wyobrażasz sobie wodę jako zbiór cząstek, cieplejsza woda ma szybciej poruszające się cząsteczki, więc nie powinno dziwić, że zderzają się one częściej z materiałem wymagającym rozpuszczenia, wykonując zadanie szybciej. Jeśli kiedykolwiek próbowałeś rozpuścić stały cukier w mrożonej herbacie, doświadczyłeś, jak kinetyka może sprawić, że proces jest prawie nieskończenie wolny, nawet jeśli termodynamicznie woda lodowa może utrzymywać cukier w roztworze.

Podaję tu tylko kontrprzykład: w niektórych przypadkach może być odwrotnie.

Gorąca woda może powodować denaturację i koagulację białek (tak jak w przypadku wody), więc lepiej wyczyścić niektóre substancje białkowe zimniejszą wodą, aby uniknąć ich koagulacji i przywierania do ścianek pojemnika.

Podam to jako częściową odpowiedź, nazwijmy to po prostu ogólnym przeglądem powodów. Miejmy nadzieję, że ktoś przyjdzie i poda uzasadnienie fizyczne. Jeśli wkrótce będę miał trochę więcej czasu, spróbuję to rozszerzyć.

Częściowo polega na tym, że gorąca woda topi olej / tłuszcz / itp., Podczas gdy zimna woda ją zestala. Tak więc rzeczy oleiste / tłuste łatwiej zejdą na gorąco niż na zimno. Zależy to od rodzaju tłuszczu, czy jest on ciekły czy stały w temperaturze pokojowej, czy w temperaturze zimnej wody, ale istnieje ogólny trend.

Ponadto gorąca woda jest lepszym rozpuszczalnikiem niż zimna woda (dlatego cukier jest łatwiejszy do zmieszania z gorącą herbatą niż zimną). Gorąca woda może przechowywać więcej rozpuszczonych ciał stałych niż zimna, zanim zostanie nasycona. Tak więc cząstki stałe będą lepiej odprowadzane przez gorącą wodę niż zimną.

Aby najlepiej odpowiedzieć na to pytanie, należy dobrze zdefiniować czasownik „czysty” i słowo „lepiej”.

Niektóre z pozostałych odpowiedzi są spektakularne, jeśli chodzi o zrozumienie, jak bardzo atomy wodoru są połączone z tlenem w cząsteczce wody, a nawet ile sił grawitacyjnych porównuje się na poziomie mikro lub makro, ale żadna nie definiuje terminów na tyle dobrze, aby moim zdaniem udzielić naprawdę zwięzłej odpowiedzi. Zacznę więc od zdefiniowania najpierw ważnych terminów, potem odpowiedź będzie krótsza i prawdopodobnie mniej spektakularna, ale może bardziej użyteczna.

W tym kontekście powiem, że „czysty” oznacza „pomoc w usuwaniu substancji tak dokładnie, jak to możliwe”, a „lepsze” zdefiniuję jako „dokonanie tego usunięcia w sposób to jest szybsze, łatwiejsze lub pozornie dokładniejsze lub kompletne ”. Teraz, kiedy już to rozwiązaliśmy ...

1) Pomyśl o każdej cząsteczce wody jak o małym dozorcy, z małą miotłą i małym koszem na śmieci. Teraz wyobraź sobie, że kiedy jego kosz na śmieci jest pełny, kończy dzień ... nie może więcej wykonywać pracy, kropka.

2) Kiedy mały dozorca jest najzimniejszy, jego miotła i kosz na śmieci pracują inaczej niż wtedy, gdy jest najgorętszy.

3) Kiedy jest najzimniejszy, jego miotła ma bardzo duże włosie, a mniejsze cząsteczki są przez nią pomijane ... nie zostają złapane przez miotłę. Ponadto, kiedy jest najzimniejszy, jego kosz na śmieci również nie rozciągnie się, aby pomieścić bardzo dużo odpadów, więc ogólnie pan woźny jest najgorszy, gdy jest zimno.

4) Jednak gdy jest najgorętszy, miotła pana Janitors staje się zdolna do przemieszczania coraz mniejszych cząstek z każdym jej naciśnięciem. Bardziej przypomina cienką szczotkę niż sztywną miotłę, ale jego miotła działa również szybciej, jakby wykonywała o wiele więcej przejść, aby zebrać mniejsze cząsteczki w tym samym czasie. Ponadto, gdy jest najgorętszy, jego kosz na śmieci może się rozciągnąć, aby zmieścić w nim znacznie więcej odpadów. Te 2 ulepszenia wydajności razem dają dużo lepsze ogólne czyszczenie.

Jest tylko kilka przypadków, w których może to nie być prawdą lub zupełnie tak samo, gdy zimna woda faktycznie zapobiega rozpadaniu się odpadów na coraz mniejsze kawałki.

Pierwsza to mydło. Gorąca woda zdecydowanie lepiej usuwa tłuszcz, ale zimna woda lepiej usuwa mydło. Możesz to sprawdzić, myjąc ręce i samemu przekonać się, że spłukiwanie mydła z rąk odbywa się znacznie szybciej zimną wodą, ponieważ nie pozwala ona tak bardzo się rozrzedzić.

Drugi może być (nie jestem pewien) z istniejącą brudną wodą. Płukanie brudnej wody czystą zimną wodą jest bardziej skuteczne niż używanie gorącej wody z tego samego powodu. Nie pozwala to na wzrost zapracowanych małych dozorców przerzedzających brudną wodę.

Ekstremalnym tego przykładem byłoby zadanie sobie pytania, które jest łatwiejsze, wyczyszczenie zamarzniętego kawałka brudnego lodu z podłogi w salonie, zanim się rozpuści lub po.

Wiem, że w moich odpowiedziach nie ma nauki, ale myślę, że te analogie mają jednakową wartość ... dzięki

Gorąca woda z definicji ma szybciej poruszające się cząsteczki niż zimna woda. (Prędkość molekularna przekłada się na ciepło.) Wszystkie inne rzeczy są równe, szybciej poruszające się cząsteczki lepiej oczyszczają niż wolniej poruszające się cząsteczki (w „wypieraniu” brudu i odprowadzaniu go za pomocą wody.

Cząsteczki gorącej wody mają dużą energię kinetyczną niż zimna woda. Dzięki temu łatwo dyfundują z cząstkami kurzu. W ten sposób, usuwając ze sobą nieczystości, gorąca woda jest lepsza niż czyszczenie niż zimna woda.

Jestem uczniem klasy 9. Nasz nauczyciel wyjaśnił nam, że szybkość dyfuzji rośnie wraz z temperaturą.

Gorąca woda ma mniejsze napięcie powierzchniowe w porównaniu do zimnej wody, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się napięcie powierzchniowe. Przy mniejszym napięciu powierzchniowym cząsteczki wody łatwo wnikają w brudną odzież i usuwają cząsteczki brudu.