sostanze idrofobiche. Cosa sono le sostanze idrofobe? Materiali idrofili e idrofobi

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SOSTANZE IDROFILE, IDROFOBICHE, ANFIFICHE: NELLA NATURA E NEL CORPO UMANO.

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introduzione

L’acqua è una delle sostanze più comuni sulla terra. Copre la maggior parte della superficie terrestre. Quasi tutti gli esseri viventi sono costituiti principalmente da acqua. Nell'uomo il contenuto di acqua negli organi e nei tessuti varia dal 20% (nel tessuto osseo) all'85% (nel cervello). Circa 2/3 della massa di una persona è acqua, nel corpo di una medusa fino al 95% di acqua, anche nei semi secchi di piante, l'acqua è del 10-12%.

L’acqua ha alcune proprietà uniche. Queste proprietà sono così importanti per gli organismi viventi che è impossibile immaginare la vita senza questa combinazione di idrogeno e ossigeno.

In relazione all'acqua, tutte le sostanze sono divise in due gruppi: idrofila - "acqua che ama" e idrofobica - "paura dell'acqua" (dal greco "idro" - acqua, "phileo" - amore e "phobos" - paura). Le proprietà di queste sostanze, così come il loro significato in natura, saranno discusse nel nostro lavoro.

Sostanze idrofile e idrofobe

Le sostanze idrofile (dal greco "idro" - acqua, "phileo" - amore) sono sostanze la cui energia di attrazione per le molecole d'acqua supera l'energia dei legami idrogeno (l'energia di attrazione tra le molecole d'acqua), quindi molte sostanze idrofile sono altamente solubili in acqua .

Le sostanze idrofile interagiscono intensamente con le molecole d'acqua. L'idrofilicità è caratterizzata dall'entità del legame di adsorbimento delle sostanze con le molecole d'acqua, dalla formazione di composti indefiniti con esse e dalla distribuzione della quantità di acqua in base all'entità dell'energia di legame. L'idrofilicità è determinata principalmente dall'energia legante del monostrato di adsorbimento, poiché gli strati successivi sono molto più deboli legati alla sostanza. L'idrofilicità può essere espressa dal calore di adsorbimento del vapore acqueo o dal calore di bagnatura, nonché dal lavoro di bagnatura di un'unità di superficie dell'isola.

Sostanze idrofobiche (greco "idro" - acqua, "phobos" - paura) - sostanze la cui energia di attrazione delle molecole verso le molecole d'acqua è inferiore all'energia dei legami idrogeno delle molecole d'acqua. Le sostanze idrofobiche comprendono i grassi, alcuni carboidrati (amido, glicogeno, fibre), gli acidi nucleici, l'ATP e la maggior parte delle proteine insolubili in acqua.

Non esistono sostanze assolutamente idrofobe (“idrorepellenti”); anche le superfici più idrofobiche - idrocarburi e fluorocarburi - assorbono acqua. Pertanto, l'idrofobicità è considerata come un piccolo grado di idrofilicità.

G. e g. possono essere stimati, oltre che la bagnabilità della superficie da parte dell'acqua (in aria), dal valore dell'angolo di bagnatura q: per superfici idrofile<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.

Le idrofile sono sostanze con chimica polare. legami: alogenuri, ossidi e loro idrati, carbonati, solfati, fosfati, silicati e alluminosilicati (argille, vetri), nonché membrane cellulari. Le superfici pulite di metalli, carbonio, semiconduttori, sostanze costituite da molecole debolmente polari, foglie di piante, pelle di animali, copertura di chitina di insetti sono idrofobiche. Tutti i gruppi polari che compongono le molecole dei tensioattivi - tensioattivi - COOH, -NH2, -SO3Na, ecc., sono idrofili; i radicali idrocarburici ad essi associati sono idrofobici.

Sostanze anfifile

L'anfifilia è una proprietà delle molecole di sostanze (solitamente organiche) che hanno proprietà sia idrofile che idrofobiche. Le molecole dei composti anfifilici sono simili a un girino: sono costituite da una lunga coda idrocarburica (solitamente costituita da più di dieci gruppi CH2), che garantisce la solubilità in mezzi non polari, e una testa polare, che è responsabile delle proprietà idrofile. Pertanto, i composti anfifilici "amano" contemporaneamente sia l'acqua (cioè sono idrofili) che i solventi non polari (mostrano proprietà idrofobiche).

A seconda del tipo di gruppo idrofilo, vengono isolati composti anfifilici con un gruppo funzionale cationico o anionico carico e composti anfifilici con un gruppo funzionale non carico. La stragrande maggioranza dei composti organici conosciuti trasporta più di un gruppo funzionale carico. Un esempio di tali sostanze sono i composti macromolecolari: proteine, lipoproteine, copolimeri a blocchi, ecc. La presenza di una struttura terziaria nelle molecole proteiche, che si forma a seguito delle interazioni intramolecolari di gruppi funzionali (polari o non polari) tra loro, dimostra di per sé la natura anfifilica di questi composti.

Un altro esempio di composti anfifilici è la maggior parte dei farmaci, le cui molecole combinano un insieme di determinati gruppi funzionali necessari per un legame efficace con il recettore bersaglio.

I composti anfifilici svolgono un ruolo speciale nella fauna selvatica. Nessun animale o pianta può esistere senza di loro. È da molecole anfifiliche che è costituita la membrana cellulare, che separa l'organismo vivente dall'ambiente esterno ostile. Sono queste molecole che costituiscono gli organelli interni della cellula, partecipano al processo della sua divisione e sono coinvolte nel metabolismo con l'ambiente. Le molecole anfifiliche servono da cibo per noi e si formano nel nostro corpo, partecipano alla regolazione interna e al ciclo degli acidi biliari. Il nostro corpo contiene più del 10% di molecole anfifiliche. Ecco perché i tensioattivi sintetici possono essere pericolosi per gli organismi viventi e, ad esempio, possono dissolvere la membrana cellulare e portarla alla morte.

Conclusione

In natura, entrambi i tipi di sostanze sono importanti. Puoi trovare molte prove che le sostanze idrofobiche si trovano quasi ovunque. Pertanto, le superfici pulite di metalli, semiconduttori, nonché pelle di animali, foglie di piante e copertura di chitina di insetti hanno proprietà simili. A loro volta, gli idrofili vengono utilizzati nel trasporto di nutrienti negli organismi animali e vegetali, i prodotti finali del metabolismo vengono anche escreti utilizzando soluzioni di fluidi biologici. Le sostanze non polari sono di grande importanza nella formazione delle membrane cellulari con permeabilità selettiva. Ecco perché tali proprietà svolgono un ruolo importante nel corso dei processi biologici. Negli ultimi anni gli scienziati hanno sviluppato sempre più nuove sostanze idrofobiche con le quali è possibile proteggere vari materiali dalla bagnatura e dalla contaminazione, creando così superfici anche autopulenti. Abbigliamento, prodotti in metallo, materiali da costruzione, vetro per automobili: i campi di applicazione sono molteplici. Ulteriori studi su questo argomento porteranno allo sviluppo di sostanze multifobiche che diventeranno la base per superfici repellenti allo sporco. Creando tali materiali, le persone potranno risparmiare tempo, denaro e risorse, e sarà anche possibile ridurre il grado di inquinamento della natura con i prodotti per la pulizia. Quindi ulteriori sviluppi andranno a beneficio di tutti.

Bibliografia

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

sostanze idrofile

Materie idrofile (sostanze)

Solidi che hanno la proprietà di essere bagnati dall'acqua. Non bagnato da liquidi oleosi.

Breve libro di consultazione elettronico sui principali termini del petrolio e del gas con un sistema di riferimenti incrociati. - M.: Università statale russa del petrolio e del gas. I. M. Gubkina. MA Mokhov, L.V. Igrevskij, E.S. Novik. 2004 .

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sostanze idrofobiche

Materie idrofobiche (sostanze)

Solidi che non vengono bagnati dall'acqua. Bagnare con liquidi oleosi.

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Il termine idrofilia (derivato dalle antiche parole greche "acqua" e "amore") è una caratteristica dell'intensità dell'interazione di una sostanza con l'acqua a livello molecolare, cioè la capacità del materiale di assorbire intensamente l'umidità, così come l'elevata bagnabilità dell'acqua da parte della superficie della sostanza. Questo concetto può essere attribuito sia ai solidi, come proprietà della superficie, sia a singoli ioni, atomi, molecole e loro gruppi.

L'idrofilicità caratterizza il valore del legame delle molecole d'acqua adsorbite con le molecole di una sostanza; in questo caso si formano composti in cui la quantità di acqua è distribuita secondo i valori dell'energia di legame.

L'idrofilicità è inerente alle sostanze che hanno reticoli cristallini ionici (idrossidi, ossidi, solfati, silicati, argille, fosfati, vetri, ecc.), con gruppi polari -OH, -NO 2, -COOH, ecc. idrofilia e idrofobicità- casi particolari di interazione di sostanze con solventi (liofilicità, lyofobicità).

L'idrofobicità può essere considerata come un piccolo grado di idrofilia, perché l'azione delle forze di attrazione intermolecolari sarà sempre più o meno presente tra le molecole di qualsiasi corpo e l'acqua. L'idrofilicità e l'idrofobicità possono essere distinte in base al modo in cui una goccia d'acqua si diffonde su un corpo con una superficie liscia. La goccia si spargerà completamente sulla superficie idrofila, e parzialmente su quella idrofoba, mentre il valore dell'angolo formato tra la superficie del materiale bagnato e la goccia è influenzato dal grado di idrofobicità del dato corpo. Le sostanze idrofile sono sostanze in cui la forza delle interazioni molecolari (ioniche, atomiche) è piuttosto grande. Gli idrofobi sono metalli privi di pellicole di ossido, composti organici che hanno gruppi idrocarburici nella molecola (cere, grassi, paraffine, alcune materie plastiche), grafite, zolfo e altre sostanze che hanno una debole interazione a livello intermolecolare.

I concetti di idrofilicità e idrofobicità si applicano sia ai corpi e alle loro superfici, sia a singole molecole o singole parti di molecole. Ad esempio, le molecole delle sostanze tensioattive contengono composti polari (idrofili) e idrocarburici (idrofobi). L'idrofilicità della parte superficiale del corpo può cambiare drasticamente a causa dell'adsorbimento di tali sostanze.

L'idrofilizzazione è il processo di aumento dell'idrofilicità e l'idrofobizzazione è il processo di riduzione. Questi fenomeni rivestono una grande importanza nell'industria cosmetica, nella tecnologia tessile per l'idrofilizzazione dei tessuti (fibre) per migliorare la qualità dei lavaggi, del candeggio, della tintura, ecc.

Idrofilicità nei cosmetici

L'industria dei profumi e dei cosmetici produce creme e gel idrofili che proteggono la pelle dalle impurità insolubili in acqua. Questi prodotti contengono componenti idrofili che formano una pellicola che impedisce la penetrazione di inquinanti non solubili in acqua nello strato superficiale della pelle.

Le creme idrofile sono costituite da un'emulsione stabilizzata con idonei emulsionanti oppure a base acqua-olio-acqua, olio-acqua. Si tratta inoltre di sistemi colloidali dispersi nei quali i componenti tensioattivi idrofili sono stabilizzati e costituiti da solventi dispersi in acqua o misti acqua-glicole di acidi grassi superiori o alcoli.

Gli idrogel (gel idrofili) vengono preparati da basi costituite da acqua, un solvente misto non acquoso o idrofilo (alcol etilico, glicole propilenico, glicerina) e un agente gelificante idrofilo (derivati della cellulosa, carbomeri).

Proprietà idrofile di creme e gel:

rapidamente e ben assorbito;

nutrire la pelle

dopo la loro applicazione non lascia sensazione di untuosità;

· purificare la pelle;

effetto rassodante sulla pelle;

ridurre l'effetto di fattori ambientali negativi;

aiutare la pelle a mantenere la sua naturale capacità di rigenerarsi.

Creme e gel idrofili sono progettati per proteggere la pelle quando si lavora con oli immiscibili con acqua, olio combustibile, petrolio, vernici, resine, grafite, fuliggine, solventi organici, lubrificanti refrigeranti, schiuma per l'edilizia e numerose altre sostanze leggermente aggressive. Sono indispensabili anche quando si ripara un'auto, si ripara un appartamento, durante la costruzione, in una casa di campagna quando si lavora con fertilizzanti e terra.

L'azienda "KorolevPharm" produce vari tipi di prodotti di profumeria e cosmetici, comprese creme idrofile e idrofobiche. L'impresa è un produttore a contratto e svolge tutte le fasi della produzione: sviluppo della formulazione, certificazione, avvio della produzione, produzione in serie. Il sito produttivo è dotato di moderne attrezzature.

L'impresa è certificata per la conformità ai requisiti

Alcune persone a scuola hanno avuto la fortuna durante le lezioni di chimica non solo di scrivere test noiosi e di calcolare la massa molare o di indicare la valenza, ma anche di osservare come l'insegnante conduce gli esperimenti. Invariabilmente, come parte dell'esperimento, come per magia, i liquidi nelle provette cambiavano colore in modo imprevedibile e qualcos'altro poteva esplodere o bruciare magnificamente. Esperimenti forse non così spettacolari, ma comunque interessanti in cui vengono utilizzate sostanze idrofile e idrofobe. A proposito, cos'è e perché sono curiosi?

Proprietà fisiche

Nelle lezioni di chimica, passando per l'elemento successivo della tavola periodica, oltre a tutte le sostanze fondamentali, abbiamo necessariamente parlato delle loro varie caratteristiche. In particolare sono state toccate le loro proprietà fisiche: densità, in condizioni normali, punti di fusione ed ebollizione, durezza, colore, conducibilità elettrica, conducibilità termica e molte altre. A volte si parlava di caratteristiche come l'idrofobicità o l'idrofilicità, ma di regola non ne parlano separatamente. Nel frattempo, questo è un gruppo piuttosto interessante di sostanze che possono essere facilmente incontrate nella vita di tutti i giorni. Quindi sarebbe utile saperne di più su di loro.

sostanze idrofobiche

Gli esempi possono essere facilmente presi dalla vita. Quindi, non puoi mescolare l'acqua con l'olio: lo sanno tutti. Semplicemente non si dissolve, ma rimane galleggiante sotto forma di bolle o di pellicola sulla superficie, poiché la sua densità è inferiore. Ma perché esistono queste e quali altre sostanze idrofobiche?

Solitamente questo gruppo comprende i grassi, alcune proteine e i siliconi. Il nome delle sostanze deriva dalle parole greche hydor - acqua e phobos - paura, ma questo non significa che le molecole abbiano paura. È solo che sono poco o completamente insolubili, sono anche chiamati non polari. Non esiste un'idrofobicità assoluta, anche quelle sostanze che, a quanto pare, non interagiscono affatto con l'acqua, la assorbono comunque, anche se in quantità trascurabili. In pratica, il contatto di tale materiale con H 2 O appare come una pellicola o goccioline, oppure il liquido rimane sulla superficie e assume la forma di una palla, poiché ha la superficie più piccola e fornisce un contatto minimo.

A determinate sostanze vengono attribuite proprietà idrofobiche. Ciò è dovuto al basso tasso di attrazione che avviene, ad esempio, con gli idrocarburi.

sostanze idrofile

Anche il nome di questo gruppo, come puoi immaginare, deriva da parole greche. Ma in questo caso, la seconda parte della philia è l'amore, e questo caratterizza perfettamente il rapporto di tali sostanze con l'acqua: completa "comprensione reciproca" ed eccellente solubilità. Questo gruppo, a volte chiamato "polare", comprende alcoli semplici, zuccheri, amminoacidi, ecc. Di conseguenza, hanno tali caratteristiche, poiché hanno un'elevata energia di attrazione per la molecola d'acqua. A rigor di termini, in generale, tutte le sostanze sono idrofile in misura maggiore o minore.

Anfifilia

Ma è possibile che le sostanze idrofobe possano avere contemporaneamente proprietà idrofile? Risulta sì! Questo gruppo di sostanze è chiamato difilico o anfifilico. Si scopre che la stessa molecola può avere nella sua struttura sia elementi solubili - polari, sia idrorepellenti - non polari. Tali proprietà, ad esempio, hanno alcune proteine, lipidi, tensioattivi, polimeri e peptidi. Quando interagiscono con l'acqua, formano varie strutture supramolecolari: monostrati, liposomi, micelle, membrane a doppio strato, vescicole, ecc. In questo caso, i gruppi polari risultano orientati verso il liquido.

Significato e applicazione nella vita

Oltre all'interazione tra acqua e petrolio, si possono trovare molte prove che le sostanze idrofobiche si trovano quasi ovunque. Pertanto, le superfici pulite di metalli, semiconduttori, nonché pelle di animali, foglie di piante e copertura di chitina di insetti hanno proprietà simili.

In natura, entrambi i tipi di sostanze sono importanti. Pertanto, gli idrofili vengono utilizzati nel trasporto negli organismi di animali e piante, i prodotti finali del metabolismo vengono anche escreti utilizzando soluzioni di fluidi biologici. Le sostanze non polari sono di grande importanza nella formazione delle membrane cellulari, motivo per cui tali proprietà svolgono un ruolo importante nel corso dei processi biologici.

Negli ultimi anni gli scienziati hanno sviluppato sempre più nuove sostanze idrofobiche con le quali è possibile proteggere vari materiali dalla bagnatura e dalla contaminazione, creando così superfici anche autopulenti. Abbigliamento, prodotti in metallo, materiali da costruzione, vetro per automobili: i campi di applicazione sono molteplici. Ulteriori studi su questo argomento porteranno allo sviluppo di sostanze multifobiche che diventeranno la base per superfici repellenti allo sporco. Creando tali materiali, le persone potranno risparmiare tempo, denaro e risorse, e sarà anche possibile ridurre la quantità di prodotti per la pulizia. Quindi ulteriori sviluppi andranno a vantaggio di tutti.