Ionen zijn hydrofiel of aangetrokken tot watermoleculen omdat de watermoleculen polair zijn, met een negatieve lading aan het ene uiteinde en een positieve lading aan het andere uiteinde. Het positief geladen uiteinde van het watermolecuul trekt negatief geladen ionen aan en het negatief geladen uiteinde positief geladen ionen. Omdat ionen op deze manier door watermoleculen worden aangetrokken, wordt gezegd dat ze hydrofiel zijn. Materialen die zijn samengesteld uit niet-polaire moleculen zijn meestal hydrofoob of waterafstotend.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Ionen zijn positief of negatief geladen moleculen en zijn daarom hydrofiel omdat ze worden aangetrokken door polair geladen watermoleculen. Het uiteinde van het watermolecuul met het zuurstofatoom is negatief geladen terwijl het uiteinde van het waterstofatoom positief is geladen. De positief geladen waterstofatomen trekken negatief geladen ionen aan en het zuurstofatoom trekt positief geladen ionen aan. Moleculen zonder enige lading zoals niet-polaire moleculen zijn meestal hydrofoob of stoten water af.
Ionen en polaire moleculen

Een watermolecuul wordt gevormd uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom verbonden door twee polaire covalente bindingen . Deze moleculen worden polair genoemd omdat de ladingen zich aan de twee tegenovergestelde uiteinden van het molecuul bevinden. Het zuurstofatoom trekt de gedeelde bindingselektronen sterker aan dan de waterstofatomen, dus het zuurstofuiteinde van het molecuul is negatief geladen terwijl de twee waterstofatomen positief zijn geladen.

Ionen zijn atomen die hebben opgegeven of ontvangen extra elektronen en hebben daarom positieve of negatieve ladingen. Ze vormen verbindingen met ionische bindingen, wat betekent dat de positief en negatief geladen ionen van de verbinding elkaar aantrekken. Wanneer de verbinding wordt opgelost in water, wordt elk ion aangetrokken door de watermoleculen en gaat het in oplossing. De ionische bindingen resulteren in hydrofiele verbindingen en ionen.
Kaliumchloride, KCl, is bijvoorbeeld een ionische verbinding bestaande uit kalium- en chloorionen. In water lossen de ionen op en dissociëren ze in positief geladen kaliumionen en negatief geladen chloorionen. Beide worden aangetrokken door de watermoleculen en zijn daarom hydrofiel.
Hydrofobe moleculen

Omdat watermoleculen polair zijn, worden ze tot elkaar aangetrokken. Het negatieve zuurstofuiteinde van het watermolecuul wordt aangetrokken door een van de positief geladen waterstofatomen. De watermoleculen vormen relatief zwakke intermoleculaire bindingen die waterstofbindingen worden genoemd. Ionen hebben een voldoende sterke lading om deze bindingen te verbreken en andere polaire moleculen kunnen vergelijkbare bindingen vormen met waterstofmoleculen. Dat is de reden waarom ionen en andere polaire moleculen hydrofiel zijn.

Niet-polaire moleculen hebben geen verschillend geladen uiteinden en kunnen dus de waterstofbruggen van de watermoleculen niet breken. De watermoleculen blijven aan elkaar gebonden en de niet-polaire moleculen kunnen niet oplossen. Dit betekent dat deze materialen, samengesteld uit niet-polaire moleculen, hydrofoob of waterafstotend zijn. Veel vetten en oliën vallen in deze categorie. In tegenstelling tot ionen, die vanwege hun lading altijd hydrofiel zijn, scheiden de niet-polaire moleculen zich af van water en kunnen niet oplossen.