Ktoś w szkole miał szczęście na zajęciach z chemii nie tylko pisać nudne testy i obliczać masę molową czy wskazywać walencję, ale także obserwować, jak nauczyciel przeprowadza eksperymenty. Niezmiennie w ramach eksperymentu, jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki, płyny w probówkach nieprzewidywalnie zmieniały kolor i coś innego mogło pięknie eksplodować lub palić. Może nie tak spektakularne, ale wciąż ciekawe eksperymenty, w których wykorzystuje się substancje hydrofilowe i hydrofobowe. Swoją drogą, czym są i dlaczego są ciekawi?
Właściwości fizyczne
Na lekcjach chemii, przechodząc przez kolejny pierwiastek z układu okresowego pierwiastków, a także wszystkie podstawowe substancje, koniecznie rozmawialiśmy o ich różnych właściwościach. W szczególności poruszono ich właściwości fizyczne: gęstość, stan skupienia w warunkach normalnych, temperaturę topnienia i wrzenia, twardość, barwę, przewodność elektryczną, przewodność cieplną i wiele innych. Czasami mówiło się o takich cechach jak hydrofobowość czy hydrofilowość, jednak z reguły nie mówi się o tym osobno. Tymczasem jest to dość ciekawa grupa substancji, które łatwo spotkać w życiu codziennym. Więc to nie jest nie na miejscudowiesz się o nich więcej.
Substancje hydrofobowe
Przykłady można łatwo zaczerpnąć z życia. Nie można więc mieszać wody z olejem - wszyscy o tym wiedzą. Po prostu nie rozpuszcza się, ale pływa w postaci bąbelków lub filmu na powierzchni, ponieważ jego gęstość jest mniejsza. Ale dlaczego tak jest i jakie inne substancje hydrofobowe istnieją?
Zazwyczaj ta grupa obejmuje tłuszcze, niektóre białka i kwasy nukleinowe, a także silikony. Nazwa substancji pochodzi od greckich słów hydor – woda i phobos – strach, ale to nie znaczy, że molekuły się boją. Tyle, że są mało lub całkowicie nierozpuszczalne, nazywane są też niepolarnymi. Absolutna hydrofobowość nie istnieje, nawet te substancje, które, wydawałoby się, w ogóle nie wchodzą w interakcję z wodą, nadal ją adsorbują, choć w znikomych ilościach. W praktyce kontakt takiego materiału z H2O wygląda jak film lub kropelki, albo ciecz pozostaje na powierzchni i przybiera postać kuli, gdyż ma najmniejszą powierzchni i zapewnia minimalny kontakt.
Właściwości hydrofobowe tłumaczy się budową chemiczną niektórych substancji. Wynika to z niskiego przyciągania cząsteczki wody, jak to ma miejsce na przykład w przypadku węglowodorów.
Substancje hydrofilowe
Nazwa tej grupy, jak można się domyślić, również pochodzi od greckich słów. Ale w tym przypadku drugą częścią philia jest miłość, a to doskonale charakteryzuje związek takich substancji z wodą -pełne „wzajemne zrozumienie” i doskonała rozpuszczalność. Ta grupa, czasami nazywana „polarną”, obejmuje proste alkohole, cukry, aminokwasy itp. W związku z tym mają takie cechy, ponieważ mają wysoką energię przyciągania cząsteczki wody. Ściśle mówiąc, w rzeczywistości wszystkie substancje są w większym lub mniejszym stopniu hydrofilowe.
Amfifilowość
Czy zdarza się, że substancje hydrofobowe mogą jednocześnie mieć właściwości hydrofilowe? Okazuje się, że tak! Ta grupa substancji nazywana jest difilami lub amfifilami. Okazuje się, że ta sama cząsteczka może mieć w swojej strukturze zarówno rozpuszczalne - polarne, jak i hydrofobowe - niepolarne pierwiastki. Takie właściwości mają na przykład niektóre białka, lipidy, surfaktanty, polimery i peptydy. Podczas interakcji z wodą tworzą różne struktury supramolekularne: monowarstwy, liposomy, micele, błony dwuwarstwowe, pęcherzyki itp. W tym przypadku grupy polarne okazują się zorientowane w kierunku cieczy.
Znaczenie i zastosowanie w życiu
Oprócz interakcji wody i oleju istnieje wiele dowodów na to, że substancje hydrofobowe można znaleźć prawie wszędzie. Czyste powierzchnie metali, półprzewodników, a także skóry zwierząt, liści roślin, osłona chitynowa owadów mają podobne właściwości.
W naturze oba rodzaje substancji są ważne. Tym samym hydrofile są wykorzystywane w transporcie składników odżywczych w organizmach zwierzęcych i roślinnych, produktach końcowychwymiany są również wydalane za pomocą roztworów płynów biologicznych. Substancje niepolarne mają duże znaczenie w tworzeniu błon komórkowych o selektywnej przepuszczalności. Dlatego takie właściwości odgrywają ważną rolę w przebiegu procesów biologicznych.
W ostatnich latach naukowcy opracowują coraz więcej nowych substancji hydrofobowych, za pomocą których można chronić różne materiały przed zamoczeniem i zanieczyszczeniem, tworząc w ten sposób nawet samoczyszczące powierzchnie. Odzież, wyroby metalowe, materiały budowlane, szyby samochodowe – istnieje wiele obszarów zastosowań. Dalsze badania tego tematu doprowadzą do opracowania substancji multifobowych, które staną się podstawą powierzchni odpornych na zabrudzenia. Tworząc takie materiały, ludzie mogą zaoszczędzić czas, pieniądze i zasoby, a także będzie można zmniejszyć stopień zanieczyszczenia przyrody środkami czystości. Tak więc dalszy rozwój przyniesie korzyści wszystkim.
