Valakinek az iskolában szerencséje volt a kémiaórán, hogy nemcsak unalmas teszteket írt, moláris tömeget számolt vagy vegyértéket jelezhetett, hanem azt is megnézte, hogyan végez kísérleteket a tanár. Változatlanul a kísérlet részeként, mintegy varázsütésre, a kémcsövekben lévő folyadékok színe megjósolhatatlanul megváltozott, és valami más is szépen felrobbanhat vagy megéghetett. Talán nem annyira látványos, de mégis érdekes kísérletek, amelyekben hidrofil és hidrofób anyagokat használnak. Egyébként mik ezek, és miért kíváncsiak?
Fizikai tulajdonságok
A kémiaórákon a periódusos rendszer következő elemén, valamint az összes alapvető anyagon áthaladva szükségszerűen beszéltünk azok különféle jellemzőiről. Különösen a fizikai tulajdonságaikat érintették: sűrűség, aggregáció állapota normál körülmények között, olvadáspont és forráspont, keménység, szín, elektromos vezetőképesség, hővezető képesség és még sok más. Néha szó esett olyan jellemzőkről, mint a hidrofóbság vagy a hidrofilitás, de általában nem beszélnek erről külön. Mindeközben ez egy meglehetősen érdekes anyagcsoport, amellyel könnyen találkozhatunk a mindennapi életben. Szóval nem állja meg a helyéttöbbet megtud róluk.
Hidrofób anyagok
Példákat könnyen lehet venni az életből. Tehát nem keverheti össze a vizet olajjal - ezt mindenki tudja. Egyszerűen nem oldódik fel, hanem buborékokként vagy filmként lebeg a felületen, mivel a sűrűsége kisebb. De miért van ez és milyen más hidrofób anyagok léteznek?
Általában ebbe a csoportba tartoznak a zsírok, bizonyos fehérjék és nukleinsavak, valamint a szilikonok. Az anyagok neve a görög hydor - víz és fobosz - félelem szavakból ered, de ez nem jelenti azt, hogy a molekulák félnek. Csupán arról van szó, hogy alig vagy teljesen oldhatatlanok, nem polárisnak is nevezik. Abszolút hidrofóbitás nem létezik, még azok az anyagok is, amelyek, úgy tűnik, egyáltalán nem lépnek kölcsönhatásba a vízzel, mégis adszorbeálják azt, bár elhanyagolható mennyiségben. A gyakorlatban egy ilyen anyag érintkezése a H2O-val úgy néz ki, mint egy film vagy cseppek, vagy a folyadék a felületen marad, és golyó formát ölt, mivel ennek van a legkisebb. felülete és minimális érintkezést biztosít.
A hidrofób tulajdonságokat bizonyos anyagok kémiai szerkezete magyarázza. Ez a vízmolekulához való csekély vonzásnak köszönhető, mint például a szénhidrogéneknél.
Hidrofil anyagok
A csoport neve, ahogy sejtheti, szintén görög szavakból származik. De ebben az esetben a filia második része a szerelem, és ez tökéletesen jellemzi az ilyen anyagoknak a vízzel való kapcsolatát -teljes "kölcsönös megértés" és kiváló oldhatóság. Ebbe a csoportba, amelyet néha "polárisnak" neveznek, egyszerű alkoholok, cukrok, aminosavak stb. tartoznak. Ennek megfelelően rendelkeznek ilyen jellemzőkkel, mivel nagy vonzási energiával rendelkeznek a vízmolekulához. Szigorúan véve valójában minden anyag kisebb-nagyobb mértékben hidrofil.
Amfifilitás
Előfordul, hogy a hidrofób anyagok egyidejűleg hidrofil tulajdonságokkal is rendelkezhetnek? Kiderül, hogy igen! Ezt az anyagcsoportot difilnek vagy amfifilnek nevezik. Kiderült, hogy ugyanannak a molekulának a szerkezetében mind oldható - poláris, mind víztaszító - nem poláris elemek lehetnek. Ilyen tulajdonságokkal rendelkeznek például bizonyos fehérjék, lipidek, felületaktív anyagok, polimerek és peptidek. A vízzel való kölcsönhatás során különféle szupramolekuláris struktúrákat alkotnak: egyrétegű rétegeket, liposzómákat, micellákat, kétrétegű membránokat, vezikulákat stb. Ebben az esetben a poláris csoportokról kiderül, hogy a folyadék felé orientálódnak.
Jelentés és alkalmazás az életben
A víz és az olaj kölcsönhatása mellett számos bizonyíték támasztja alá, hogy szinte mindenhol megtalálhatók hidrofób anyagok. Tehát a fémek, félvezetők tiszta felülete, valamint az állati bőr, a növényi levelek, a rovarok kitintakarója hasonló tulajdonságokkal rendelkezik.
A természetben mindkét anyag fontos. Így a hidrofilek az állati és növényi szervezetek tápanyagszállításában, végtermékekben használatosakbiológiai folyadékok oldatával is kiválasztódnak. A nem poláris anyagoknak nagy jelentősége van a szelektív permeabilitású sejtmembránok kialakításában. Éppen ezért ezek a tulajdonságok fontos szerepet játszanak a biológiai folyamatok lefolyásában.
A tudósok az elmúlt években egyre több új hidrofób anyagot fejlesztenek ki, mellyel meg lehet védeni a különféle anyagokat a nedvesedéstől, szennyeződéstől, így akár öntisztuló felületeket is létrehozva. Ruházat, fémtermékek, építőanyagok, autóüvegek – számos felhasználási terület létezik. A téma további tanulmányozása olyan multifób anyagok kifejlesztéséhez vezet, amelyek a szennyeződéstaszító felületek alapjává válnak. Az ilyen anyagok létrehozásával az emberek időt, pénzt és erőforrásokat takaríthatnak meg, és tisztítószerekkel is csökkenthető a természet szennyezettsége. Tehát a további fejlesztések mindenki javát szolgálják.
