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 de negatief geladen uiteinde positief geladen ionen. Omdat ionen op deze manier worden aangetrokken door de watermoleculen, wordt gezegd dat ze hydrofiel zijn. Materialen bestaande uit niet-polaire moleculen hebben de neiging om hydrofoob of waterafstotend te zijn.

TL; DR (te lang; hebben niet gelezen)

Ionen zijn positief of negatief geladen moleculen en zijn daarom hydrofiel omdat ze worden aangetrokken door pool-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 ladingen zoals niet-polaire moleculen hebben de neiging om hydrofoob te zijn of water af te weren.

Ionen en polaire moleculen

Een watermolecuul wordt gevormd uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom gekoppeld door twee polaire covalente bindingen. Deze moleculen worden polair genoemd omdat de ladingen zich bevinden aan de twee tegenovergestelde uiteinden van het molecuul. 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 geladen zijn.

Ionen zijn atomen die zijn 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 in positief geladen kaliumionen en negatief geladen chloorionen. Beiden voelen zich aangetrokken tot 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 genaamd waterstofbruggen. Ionen hebben een sterk genoeg lading om deze bindingen te verbreken en andere polaire moleculen kunnen soortgelijke bindingen met waterstofmoleculen vormen. 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 verbreken. De watermoleculen blijven aan elkaar gebonden en de niet-polaire moleculen kunnen niet oplossen. Dit betekent dat deze materialen, gemaakt van niet-polaire moleculen, hydrofoob of waterafstotend zijn. Veel vetten en oliën vallen in deze categorie. In tegenstelling tot ionen, die altijd hydrofiel zijn vanwege hun lading, scheiden de niet-polaire moleculen zich af van water en kunnen niet oplossen.