Sustancias hidrófobas. ¿Qué son las sustancias hidrofóbicas? Materiales hidrófilos e hidrófobos.

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Ministerio de Salud de la Federación Rusa

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Departamento de Química Médica

Ensayo

SUSTANCIAS HIDROFÍLICAS, HIDRÓFOBAS, ANFIFIAS: EN LA NATURALEZA Y EN EL CUERPO HUMANO.

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Introducción

El agua es una de las sustancias más comunes en la tierra. Cubre la mayor parte de la superficie terrestre. Casi todos los seres vivos están compuestos principalmente de agua. En los seres humanos, el contenido de agua en órganos y tejidos varía del 20% (en el tejido óseo) al 85% (en el cerebro). Aproximadamente 2/3 de la masa humana es agua, en el cuerpo de una medusa hasta el 95% del agua, incluso en las semillas de plantas secas el agua es del 10-12%.

El agua tiene algunas propiedades únicas. Estas propiedades son tan importantes para los organismos vivos que es imposible imaginar la vida sin esta combinación de hidrógeno y oxígeno.

En relación con el agua, todas las sustancias se dividen en dos grupos: hidrofílicas - "amorosa del agua" e hidrofóbicas - "miedo al agua" (del griego "hidro" - agua, "phileo" - amor y "phobos" - miedo). Las propiedades de estas sustancias, así como su importancia en la naturaleza, se discutirán en nuestro trabajo.

Sustancias hidrofílicas e hidrofóbicas.

Las sustancias hidrófilas (del griego “hidro” - agua, “phileo” - amor) son sustancias cuya energía de atracción por las moléculas de agua excede la energía de los enlaces de hidrógeno (la energía de atracción entre las moléculas de agua), por lo que muchas sustancias hidrófilas son altamente solubles en agua. .

Las sustancias hidrófilas interactúan intensamente con las moléculas de agua. La hidrofilicidad se caracteriza por la magnitud del enlace de adsorción de sustancias con moléculas de agua, la formación de compuestos indefinidos con ellas y la distribución de la cantidad de agua según la magnitud de la energía del enlace. La hidrofilicidad está determinada principalmente por la energía de unión de la monocapa de adsorción, ya que las capas posteriores están mucho más débilmente unidas a la sustancia. La hidrofilicidad se puede expresar por el calor de adsorción del vapor de agua o el calor de humectación, así como el trabajo de humedecer una unidad de superficie de la isla.

Sustancias hidrófobas (del griego "hidro" - agua, "phobos" - miedo): sustancias cuya energía de atracción de moléculas a las moléculas de agua es menor que la energía de los enlaces de hidrógeno de las moléculas de agua. Las sustancias hidrófobas incluyen grasas, algunos carbohidratos (almidón, glucógeno, fibra), ácidos nucleicos, ATP y la mayoría de las proteínas que son insolubles en agua.

No existen sustancias absolutamente hidrófobas ("repelentes al agua"); Incluso las superficies más hidrofóbicas (hidrocarburos y fluorocarbonos) absorben agua. Por lo tanto, la hidrofobicidad se considera un pequeño grado de hidrofilicidad.

G. y g. se pueden estimar, así como la humectabilidad de la superficie por el agua (en el aire), mediante el valor del ángulo de humectación q: para superficies hidrófilas<90° (для абсолютно гидрофильных поверхностей q=0); для гидрофобных поверхностей 90°< <180° (напр., для парафина 105°). На трёхфазной границе твёрдого тела с водой и углеводородной жидкостью при <90° (в водной фазе) поверхность олеофобна, т.е. не смачивается маслом, а при =180° - предельно олеофильна.

Hidrofílicas son sustancias con química polar. enlaces: haluros, óxidos y sus hidratos, carbonatos, sulfatos, fosfatos, silicatos y aluminosilicatos (arcillas, vidrios), así como membranas celulares. Las superficies limpias de metales, carbono, semiconductores, sustancias formadas por moléculas débilmente polares, hojas de plantas, piel de animales y cubierta de quitina de insectos son hidrófobas. Todos los grupos polares que forman las moléculas de tensioactivos - tensioactivos - COOH, -NH2, -SO3Na, etc., son hidrófilos; los radicales hidrocarbonados asociados con ellos son hidrófobos.

Sustancias anfifílicas

La anfifilicidad es una propiedad de las moléculas de sustancias (generalmente orgánicas) que tienen propiedades tanto hidrófilas como hidrófobas. Las moléculas de compuestos anfifílicos son similares a los renacuajos: constan de una larga cola de hidrocarburo (normalmente formada por más de diez grupos CH2), que garantiza la solubilidad en medios no polares, y una cabeza polar, responsable de las propiedades hidrofílicas. Por tanto, los compuestos anfifílicos "aman" simultáneamente tanto el agua (es decir, son hidrófilos) como los disolventes no polares (muestran propiedades hidrófobas).

Dependiendo del tipo de grupo hidrófilo se aíslan compuestos anfifílicos que llevan un grupo funcional catiónico o aniónico cargado y compuestos anfifílicos con un grupo funcional no cargado. La gran mayoría de compuestos orgánicos conocidos llevan más de un grupo funcional cargado. Un ejemplo de tales sustancias son los compuestos macromoleculares: proteínas, lipoproteínas, copolímeros de bloque, etc. La presencia de una estructura terciaria en las moléculas de proteínas, que se forma como resultado de interacciones intramoleculares de grupos funcionales (polares o no polares) entre sí, demuestra en sí misma la naturaleza anfifílica de estos compuestos.

Otro ejemplo de compuestos anfifílicos son la mayoría de los fármacos, cuyas moléculas combinan un conjunto de ciertos grupos funcionales necesarios para una unión eficaz al receptor objetivo.

Los compuestos anfifílicos desempeñan un papel especial en la vida silvestre. Ningún animal o planta puede existir sin ellos. De las moléculas anfifílicas se compone la membrana celular, que separa al organismo vivo del entorno externo hostil. Son estas moléculas las que forman los orgánulos internos de la célula, participan en el proceso de su división y participan en el metabolismo con el medio ambiente. Las moléculas anfifílicas nos sirven de alimento y se forman en nuestro cuerpo, participan en la regulación interna y el ciclo de los ácidos biliares. Nuestro cuerpo contiene más del 10% de moléculas anfifílicas. Por eso los tensioactivos sintéticos pueden ser peligrosos para los organismos vivos y, por ejemplo, pueden disolver la membrana celular y provocar su muerte.

Conclusión

En la naturaleza ambos tipos de sustancias son importantes. Puede encontrar mucha evidencia de que las sustancias hidrófobas se encuentran en casi todas partes. Por lo tanto, las superficies limpias de metales, semiconductores, así como la piel de animales, las hojas de plantas y la cubierta de quitina de insectos tienen propiedades similares. A su vez, los hidrófilos se utilizan en el transporte de nutrientes en los organismos de animales y plantas, los productos finales del metabolismo también se excretan mediante soluciones de fluidos biológicos. Las sustancias apolares tienen gran importancia en la formación de membranas celulares con permeabilidad selectiva. Por eso estas propiedades juegan un papel importante en el curso de los procesos biológicos. En los últimos años, los científicos han desarrollado cada vez más sustancias hidrófobas nuevas con las que es posible proteger diversos materiales de la humedad y la contaminación, creando así incluso superficies autolimpiables. Ropa, productos metálicos, materiales de construcción, cristales para automóviles: existen muchos campos de aplicación. Un estudio más profundo de este tema conducirá al desarrollo de sustancias multifóbicas que se convertirán en la base de las superficies que repelen la suciedad. Al crear estos materiales, las personas podrán ahorrar tiempo, dinero y recursos, y también será posible reducir el grado de contaminación de la naturaleza con productos de limpieza. Por tanto, futuros avances beneficiarán a todos.

Bibliografía

1. http://fb.ru/article/133638/chto-takoe-gidrofobnyie-veschestva

2.http://www.schoolhels.fi/school/school_today/dostigeniya/2012_2013/nanotexnologiya/page6.htm

3.http://pobiologiya.rf/ Biological-dictionary/G/265- Hydrophobic-substances

sustancias hidrófilas

Materias hidrófilas (sustancias)

Sólidos que tienen la propiedad de ser humedecidos por el agua. No mojado por líquidos aceitosos.

Breve libro electrónico de consulta sobre los principales términos del petróleo y gas con un sistema de referencias cruzadas. - M.: Universidad Estatal Rusa de Petróleo y Gas. I. M. Gubkina. MAMÁ. Mojov, L.V. Igrevski, E.S. Novik. 2004 .

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tensioactivos (tensioactivos)- sustancias capaces de ser adsorbidas en la interfaz de fase y provocar una disminución de la tensión superficial (interfacial). Los tensioactivos típicos son compuestos orgánicos cuyas moléculas contienen sustancias liófilas y liófobas (generalmente hidrófilas y... ... Diccionario enciclopédico de metalurgia

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tensioactivos- Surfactantes Cosas que pueden ser adsorbidas en la interfaz y causar una disminución en la superficie. (tensión interfacial. Tensioactivos típicos: orgánicos. compuestos cuyas moléculas contienen liófilos y liófobos (generalmente hidrofílicos e hidrofóbicos) en... Manual del traductor técnico

Especies de tensioactivos Sustancias con una estructura molecular asimétrica, cuyas moléculas tienen una estructura anfifílica, es decir, contienen grupos atómicos liofílicos y liófobos (generalmente grupos polares hidrofílicos y radicales hidrofóbicos). Difílica… … Microenciclopedia de petróleo y gas.

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sustancias hidrófobas

Materias hidrofóbicas (sustancias)

Sólidos que no son humedecidos por el agua. Mojar con líquidos aceitosos.

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Explosivos- (a. explosivos, agentes explosivos; n. Sprengstoffe; f. explosifs; i. explosivos) chem. compuestos o mezclas de sustancias capaces, bajo ciertas condiciones, de autopropagarse químicamente (explosivos) extremadamente rápido. transformación con liberación de calor ... Enciclopedia geológica

Explosivos de nitrato de amonio- (a. ammonal, nitrato de amonio explosivos; n. Ammonsalpetersprengstoffe, Ammonnitrat sprengstoffe, ANC Sprengstoffe; f. explosifs nitres; i. explosivos de nitrato amonico) mezclas explosivas, principales. componente del nitrato de amonio ryh. Enciclopedia geológica

Barrera hematoencefálica- La relación entre las células del tejido cerebral y los capilares: 1. Epéndimo 2. Neurona 3. Axón 4. Célula de Schwann 5. Astrocito 6 ... Wikipedia

El término hidrofilicidad (derivado de las antiguas palabras griegas "agua" y "amor") es una característica de la intensidad de la interacción de una sustancia con el agua a nivel molecular, es decir, la capacidad del material para absorber intensamente la humedad. así como la alta humectabilidad del agua por la superficie de la sustancia. Este concepto se puede atribuir tanto a los sólidos, como propiedad de la superficie, como a los iones, átomos, moléculas individuales y sus grupos.

La hidrofilicidad caracteriza el valor del enlace de las moléculas de agua de adsorción con las moléculas de una sustancia, en este caso se forman compuestos en los que la cantidad de agua se distribuye según los valores de la energía de enlace.

La hidrofilia es inherente a sustancias que tienen redes cristalinas iónicas (hidróxidos, óxidos, sulfatos, silicatos, arcillas, fosfatos, vidrios, etc.), que tienen grupos polares -OH, -NO 2, -COOH, etc. hidrofilicidad e hidrofobicidad- casos especiales de interacción de sustancias con disolventes (liofilicidad, liofobicidad).

La hidrofobicidad puede considerarse como un pequeño grado de hidrofilicidad, porque la acción de fuerzas de atracción intermoleculares siempre estará más o menos presente entre las moléculas de cualquier cuerpo y el agua. La hidrofilicidad y la hidrofobicidad se pueden distinguir por cómo una gota de agua se esparce sobre un cuerpo con una superficie lisa. La gota se extenderá completamente sobre la superficie hidrófila y parcialmente sobre la hidrófoba, mientras que el valor del ángulo formado entre la superficie del material mojado y la gota se ve afectado por el grado de hidrofobicidad del cuerpo dado. Las sustancias hidrófilas son sustancias en las que la fuerza de las interacciones moleculares (iónicas, atómicas) es bastante grande. Hidrofóbicos son metales que carecen de películas de óxido, compuestos orgánicos que tienen grupos hidrocarbonados en la molécula (ceras, grasas, parafinas, algunos plásticos), grafito, azufre y otras sustancias que tienen interacción débil a nivel intermolecular.

Los conceptos de hidrofilicidad e hidrofobicidad se aplican tanto a cuerpos y sus superficies como a moléculas individuales o partes individuales de moléculas. Por ejemplo, las moléculas de sustancias tensioactivas contienen compuestos polares (hidrófilos) e hidrofóbicos (hidrófobos). La hidrofilicidad de la superficie del cuerpo puede cambiar drásticamente debido a la adsorción de tales sustancias.

La hidrofilización es el proceso de aumentar la hidrofilia y la hidrofobización es el proceso de reducirla. Estos fenómenos son de gran importancia en la industria cosmética, en la tecnología textil para la hidrofilización de tejidos (fibras) para mejorar la calidad del lavado, blanqueo, teñido, etc.

Hidrofilicidad en cosmética.

La industria de la perfumería y la cosmética produce cremas y geles hidrófilos que protegen la piel de impurezas insolubles en agua. Estos productos contienen componentes hidrófilos que forman una película que evita la penetración de contaminantes insolubles en agua en la capa superficial de la piel.

Las cremas hidrófilas se elaboran a partir de una emulsión que se estabiliza con emulsionantes adecuados o con una base agua-aceite-agua, aceite-agua. A estos pertenecen además sistemas coloidales dispersos, en los que están estabilizados componentes tensioactivos hidrófilos y que consisten en disolventes de ácidos grasos superiores o alcoholes dispersos en agua o una mezcla de agua y glicol.

Los hidrogeles (geles hidrófilos) se preparan a partir de bases que consisten en agua, un disolvente mixto no acuoso o hidrófilo (alcohol etílico, propilenglicol, glicerina) y un agente gelificante hidrófilo (derivados de celulosa, carbómeros).

Propiedades hidrofílicas de cremas y geles:

rápida y bien absorbida;

nutrir la piel

después de su aplicación no deja sensación grasosa;

· limpiar la piel;

efecto reafirmante sobre la piel;

reducir el efecto de factores ambientales negativos;

Ayuda a la piel a mantener su capacidad natural de regeneración.

Las cremas y geles hidrofílicos están diseñados para proteger la piel cuando se trabaja con aceites no miscibles en agua, fuel oil, petróleo, pinturas, resinas, grafito, hollín, disolventes orgánicos, lubricantes refrescantes, espumas de construcción y muchas otras sustancias ligeramente agresivas. También son indispensables al reparar un automóvil, reparar un apartamento, durante la construcción, en una casa de campo cuando se trabaja con fertilizantes y tierra.

La empresa "KorolevPharm" produce diversos tipos de productos de perfumería y cosmética, incluidas cremas hidrófilas e hidrófobas. La empresa es un fabricante por contrato y realiza todas las etapas de la producción: desarrollo de la formulación, certificación, inicio de la producción y producción en serie. El sitio de producción está equipado con equipos modernos.

La empresa está certificada para el cumplimiento de los requisitos.

Algunas personas en la escuela tuvieron suerte en la clase de química no solo de escribir aburridos exámenes y calcular la masa molar o indicar la valencia, sino también de observar cómo el profesor realiza experimentos. Invariablemente, como parte del experimento, como por arte de magia, los líquidos de los tubos de ensayo cambiaban de color de forma impredecible y algo más podía explotar o arder maravillosamente. Quizás no sean tan espectaculares, pero sí experimentos interesantes en los que se utilizan sustancias hidrófilas e hidrófobas. Por cierto, ¿qué es y por qué les da curiosidad?

Propiedades físicas

En las lecciones de química, repasando el siguiente elemento de la tabla periódica, así como todas las sustancias básicas, necesariamente hablamos de sus diversas características. En particular, se abordaron sus propiedades físicas: densidad, en condiciones normales, puntos de fusión y ebullición, dureza, color, conductividad eléctrica, conductividad térmica y muchas otras. A veces se hablaba de características como hidrofobicidad o hidrofilicidad, pero por regla general no se habla de esto por separado. Mientras tanto, se trata de un grupo bastante interesante de sustancias que se pueden encontrar fácilmente en la vida cotidiana. Por lo que sería útil aprender más sobre ellos.

sustancias hidrófobas

Se pueden tomar fácilmente ejemplos de la vida. Entonces, no se puede mezclar agua con aceite, todo el mundo lo sabe. Simplemente no se disuelve, sino que permanece flotando en forma de burbujas o película en la superficie, ya que su densidad es menor. Pero, ¿por qué ocurre esto y qué otras sustancias hidrofóbicas existen?

Normalmente este grupo incluye grasas, algunas proteínas y siliconas. El nombre de las sustancias proviene de las palabras griegas hydor - agua y phobos - miedo, pero esto no significa que las moléculas tengan miedo. Solo que son poco o completamente insolubles, también se les llama no polares. No existe una hidrofobicidad absoluta, incluso aquellas sustancias que, aparentemente, no interactúan en absoluto con el agua, aún la adsorben, aunque en cantidades insignificantes. En la práctica, el contacto de dicho material con H 2 O parece una película o gotas, o el líquido permanece en la superficie y toma la forma de una bola, ya que tiene la superficie más pequeña y proporciona un contacto mínimo.

A determinadas sustancias se les atribuyen propiedades hidrófobas. Esto se debe a la baja tasa de atracción como ocurre, por ejemplo, con los hidrocarburos.

sustancias hidrófilas

El nombre de este grupo, como puedes imaginar, también proviene de palabras griegas. Pero en este caso, la segunda parte de la filia es el amor, y esto caracteriza perfectamente la relación de tales sustancias con el agua: un completo "comprensión mutua" y una excelente solubilidad. Este grupo, a veces llamado "polar", incluye alcoholes simples, azúcares, aminoácidos, etc. Por lo tanto, tienen tales características, ya que tienen una alta energía de atracción hacia la molécula de agua. En sentido estricto, en general, todas las sustancias son en mayor o menor medida hidrófilas.

anfifilicidad

¿Pero es posible que las sustancias hidrófobas puedan tener simultáneamente propiedades hidrófilas? ¡Resulta que sí! Este grupo de sustancias se llama difílica o anfifílica. Resulta que una misma molécula puede tener en su estructura elementos tanto solubles (polares) como repelentes al agua (no polares). Estas propiedades las tienen, por ejemplo, algunas proteínas, lípidos, tensioactivos, polímeros y péptidos. Al interactuar con el agua forman diversas estructuras supramoleculares: monocapas, liposomas, micelas, membranas bicapa, vesículas, etc. En este caso, los grupos polares resultan estar orientados hacia el líquido.

Significado y aplicación en la vida.

Además de la interacción del agua y el aceite, se pueden encontrar muchas evidencias de que las sustancias hidrófobas se encuentran en casi todas partes. Por lo tanto, las superficies limpias de metales, semiconductores, así como la piel de animales, las hojas de plantas y la cubierta de quitina de insectos tienen propiedades similares.

En la naturaleza ambos tipos de sustancias son importantes. Por lo tanto, los hidrófilos se utilizan en el transporte en los organismos de animales y plantas, los productos finales del metabolismo también se excretan mediante soluciones de fluidos biológicos. Las sustancias apolares son de gran importancia en la formación de las membranas celulares, por lo que dichas propiedades desempeñan un papel importante en el curso de los procesos biológicos.

En los últimos años, los científicos han desarrollado cada vez más sustancias hidrófobas nuevas con las que es posible proteger diversos materiales de la humedad y la contaminación, creando así incluso superficies autolimpiables. Ropa, productos metálicos, materiales de construcción, cristales para automóviles: existen muchos campos de aplicación. Un estudio más profundo de este tema conducirá al desarrollo de sustancias multifóbicas que se convertirán en la base de las superficies que repelen la suciedad. Al crear dichos materiales, las personas pueden ahorrar tiempo, dinero y recursos, y también será posible reducir el uso de productos de limpieza. Por tanto, futuros avances beneficiarán a todos.