165 градусов угол контакта с водой на поверхности модифицированной с помощью плазменной технологии Система поверхностной химии. Угол контакта красный угол плюс 90 градусов.

Капли воды на гидрофобной поверхности травы

Термин гидрофобные происходит от древнегреческого ὑδρόφοβος, «имея ужас воды», построенный из ὕδωρ, «воды», и φόβος, «страха».

Химический фон

Гидрофобное взаимодействие является главным образом энтропийным эффектом, происходящим из разрушения высоко динамических водородных связей между молекулами воды с помощью жидкой неполярного растворенного вещества, образующего клатрат -подобной структуры вокруг неполярных молекул. Эта структура формируется более высоко упорядоченная, чем свободные молекулы воды из - за молекулы воды расположения себя, чтобы взаимодействовать как можно больше с собой, и, таким образом, приводит к более высокому энтропийному состоянию, которое вызывает неполярные молекулы группироваться вместе, чтобы уменьшить площадь поверхности, обнаженную к воде и уменьшение энтропии системы. Таким образом, 2 несмешивающихся фазы (гидрофильные по сравнению с гидрофобным) будут изменяться таким образом, что их соответствующая площадь поверхности раздела будет минимальной. Этот эффект может быть визуализированы в явление называется фазовым разделением.

Superhydrophobicity

Капля воды на завод листьев лотоса.

Супергидрофобных поверхности, такие как листья растения лотоса, являются те, которые являются чрезвычайно трудно смачивать. В углах смачивания капли воды превышает 150 °. Это упоминается как эффект лотоса , и это прежде всего физическое свойство связано с межфазного натяжения , а не химического свойства.

теория

В 1805 году Томас Юнг определил угол контакта & thetas путем анализа сил, действующих на жидкости покоя капли на твердой поверхности, окруженной газом.

ВЕНЗЕЛЬ установлено, что, когда жидкость находится в непосредственном контакте с поверхностью микроструктурной, θ изменится на θ W *

где R представляет собой отношение фактической площади к площади проекции. Уравнение Венцеля показывает, что микроструктурировани поверхности усиливает естественную тенденцию поверхности. Гидрофобная поверхность (тот, который имеет оригинальный контактный угол больше 90 °) становится более гидрофобным, когда микроструктурированный - ее новый угол контакта становится больше, чем оригинал. Тем не менее, гидрофильная поверхность (тот, который имеет оригинальный угол контакта меньше чем 90 °) становится более гидрофильным, когда микроструктурированный - ее новый угол контакта станет меньше, чем оригинал. Касси и Бакстер обнаружил, что если жидкость подвешен на вершинах микроструктур, θ изменится на & thetas CB * :

где φ является доля площади твердого вещества, которая соприкасается с жидкостью. Жидкость в состоянии Касси-Бакстера более подвижна, чем в состоянии Wenzel.

Мы можем предсказать, должно ли государство Венцель или Касси-Бакстера существуют путем вычисления нового угла контакта с обоих уравнений. При минимизации свободной энергии аргумента, отношение предсказанного меньший новый угол контакта является государство, скорее всего, существует. Изложенные в математических терминах, для государства Касси-Бакстера существовать, выполняется неравенство должно быть правдой.

Недавний альтернативный критерий для государства Касси-Бакстера утверждает, что состояние Касси-Бакстера существует, если выполняются следующие 2 условия: 1) линии соприкосновения сил преодолеть тела силы неподдерживаемый веса капли и 2) Микроструктура достаточно высоки, чтобы предотвратить жидкость что мосты микроструктур от прикосновения к базе микроструктур.

Новый критерий для переключения между Венцеля и Касси-Бакстера государств была разработана недавно на основе шероховатости поверхности и поверхностной энергии. Критерием фокусируется на способности воздуха для улавливания при жидких капель на неровных поверхностях, которые могли бы сказать, следует ли использовать модель Венцель или модель Касси-Бакстера для определенной комбинации шероховатости поверхности и энергии.

Краевой углом является мерой статической гидрофобности, и угол контакта гистерезис и угол скольжения динамических мер. Краевой угол гистерезис представляет собой явление, которое характеризует поверхностную неоднородность. Когда пипетку впрыскивает жидкость на твердое вещество, жидкость будет образовывать некоторый угол контакта. По мере того как пипетка впрыскивает больше жидкости, капля будет увеличиваться в объеме, угол контакта будет возрастать, но его трехфазная граница будет оставаться неподвижной, пока он внезапно не продвигается наружу. Угол контакта капельки была непосредственно перед опережением наружу, называется наступающим контактный углом. Отступая угол контакта теперь измеряется путем откачки жидкости обратно из капли. Капелька будет уменьшаться в объеме, угол контакта будет уменьшаться, но его трехфазная граница будет оставаться неподвижной, пока он вдруг не отступает внутрь. Угол контакта капельки была непосредственно перед отступая внутрь называется удаляющимся углом контакта. Разница между продвижением и при отступлении углов контакта называется углом контакта гистерезис и может быть использована для характеристики поверхностной неоднородности, шероховатости и подвижности. Поверхности, которые не являются однородными будут иметь домены, которые препятствуют движению линии соприкосновения. Угла скольжения является еще одной мерой динамической гидрофобности и измеряется путем осаждения капли на поверхность и наклона поверхности до тех пор, пока капля начинает скользить. В общем случае, жидкости в состоянии Касси-Бакстера демонстрируют более низкие углы скольжения и контактный угол гистерезис, чем те, в состоянии Wenzel.

Исследование и разработка

Dettre и Джонсон обнаружили в 1964 году, что супергидрофобный эффект лотоса явление было связанно с грубыми гидрофобными поверхностями, и они разработали теоретическую модель, основанную на эксперименты со стеклянными шариками, покрытого парафином или ТФЭ теломером. Самоочистки свойства супергидрофобных микро- наноструктурированных поверхностей сообщались, в 1977 г. Perfluoroalkyl, перфторполиэфире и РФ плазмы -formed были разработаны сверхгидрофобные материалы, используемые для электросмачивания и коммерциализации для биомедицинских применений между 1986 и 1995 Другими технологиями и приложениями имеют появились с середины 1990 - х годов. Прочное супергидрофобными иерархическую композицию, наносить в один или два этапа, был раскрыт в 2002 году, содержащий частицы нано-размера ≤ 100 нм, наложенной на поверхность, имеющую микронного размера признаки или частицы ≤ 100 мкм. Более крупные частицы наблюдали, чтобы защитить мелкие частицы от механического износа.

В недавнем исследовании, superhydrophobicity сообщалось, позволяя алкилкетенов димер (АКД) затвердевать в наноструктурированных фрактальной поверхности. Много работ, так как представлены способы изготовления для изготовления супергидрофобные поверхностей, включая осаждение частиц, методов золь-гель, плазменной обработки, осаждения из паровой фазы, а также технологии литья. Текущие возможности для исследований влияния заключается, главным образом, в фундаментальных исследованиях и практическом производстве. Дебаты в последнее время появились относительно применимости моделей Венцеля и Касси-Бакстера. В эксперименте, предназначенном для оспаривания поверхностной энергии перспективы модели Венцеля и Касси-Бакстера и продвигать перспективу линии соприкосновения, капли воды были помещены на гладкой гидрофобной место в грубом гидрофобной области, грубое гидрофобный место в гладкой гидрофобной области, и гидрофильное место в гидрофобной области. Эксперименты показали, что химический состав поверхностных и геометрия на линии соприкосновения зависят контактный угол и угол контакта гистерезис, но площадь поверхности внутри линии соприкосновения не имели никакого эффекта. Аргумент, что увеличение зубчатости в линии соприкосновения повышает мобильность капельки также была предложена.

Кое-кому в школе повезло на уроках химии не только писать скучные контрольные и вычислять молярную массу или указывать валентность, но и смотреть на то, как учитель проводит опыты. Неизменно в рамках эксперимента как по волшебству жидкости в пробирках непредсказуемо меняли цвет, а еще что-нибудь могло взорваться или красиво сгореть. Пожалуй, не так эффектны, но все равно интересны опыты, в которых используются гидрофильные и гидрофобные вещества. Кстати, что это и чем они любопытны?

Физические свойства

На уроках химии, проходя очередной элемент из периодической таблицы, а также все основные вещества, обязательно шла речь об их различных характеристиках. В том числе затрагивались их физические свойства: плотность, в нормальных условиях, температура плавления и кипения, твердость, цвет, электропроводность, теплопроводность и многие другие. Иногда шла речь о таких характеристиках, как гидрофобность или гидрофильность, однако отдельно, как правило, об этом не говорят. Между тем это достаточно интересная группа веществ, с которой легко можно столкнуться в повседневной жизни. Так что нелишним будет узнать о них больше.

Гидрофобные вещества

Примеры легко можно взять из жизни. Так, нельзя смешать воду с маслом - это известно всем. Оно просто не растворяется, а остается плавать пузырьками или пленкой на поверхности, поскольку его плотность меньше. Но почему так и какие существуют еще гидрофобные вещества?

Обычно к этой группе относят жиры, некоторые белки и а также силиконы. Название веществ происходит от греческих слов hydor - вода и phobos - страх, но это не значит, что молекулы боятся. Просто они являются мало или совсем нерастворимыми, их еще называют неполярными. Абсолютной гидрофобности не бывает, даже те вещества, которые, казалось бы, совсем не взаимодействуют с водой, все-таки адсорбируют ее, хоть и в ничтожных количествах. На практике же контакт такого материала с H 2 O выглядит в виде пленки или капелек, либо жидкость остается на поверхности и принимает форму шара, поскольку он имеет наименьшую площадь поверхности и обеспечивают минимальный контакт.

Гидрофобные свойства объясняются тех или иных веществ. Это связано с низким показателем притяжения к как это происходит, например, с углеводородами.

Гидрофильные вещества

Название этой группы, как уже несложно догадаться, тоже происходит от греческих слов. Но в данном случае вторая часть philia - любовь, и это прекрасно характеризует отношения таких веществ с водой - полное "взаимопонимание" и прекрасная растворимость. В эту группу, иногда называемую "полярной", относятся простые спирты, сахара, аминокислоты и т. д. Соответственно, они обладают такими характеристиками, поскольку имеют высокую энергию притяжения к молекуле воды. Строго говоря, вообще-то все вещества являются гидрофильными в большей или меньшей степени.

Амфифильность

А бывает ли так, что гидрофобные вещества могут одновременно иметь и гидрофильные свойства? Оказывается, да! Эту группу веществ называют дифильными, или амфифильными. Оказывается, одна и та же молекула может иметь в своей структуре как растворимые - полярные, так и водоотталкивающие - неполярные элементы. Такими свойствами, например, обладают некоторые белки, липиды, поверхностно-активные вещества, полимеры и пептиды. При взаимодействии с водой они образуют различные надмолекулярные структуры: монослои, липосомы, мицеллы, бислойные мембраны, везикулы и т. д. Полярные группы при этом оказываются ориентированными к жидкости.

Значение и применение в жизни

Помимо взаимодействия воды и масла, можно найти немало подтверждений тому, что гидрофобные вещества встречаются едва ли не повсеместно. Так, чистые поверхности металлов, полупроводников, а также кожа животных, листья растений, хитиновый покров насекомых обладают подобными свойствами.

В природе оба вида веществ имеют важное значение. Так, гидрофилы используются в транспорте в организмах животных и растений, конечные продукты обмена также выводятся при помощи растворов биологических жидкостей. Неполярные вещества же имеют серьезное значение в формировании клеточных мембран, имеющих Именно поэтому подобные свойства играют важную роль в протекании биологических процессов.

В последние годы ученые разрабатывают все новые гидрофобные вещества, при помощи которых можно защитить различные материалы от смачивания и загрязнения, создавая таким образом даже самоочищающиеся поверхности. Одежда, металлические изделия, стройматериалы, автомобильные стекла - сфер применения множество. Дальнейшее изучение этой темы приведет к разработке мультифобных веществ, которые станут основной для грязеотталкивающих поверхностей. Создав подобные материалы, люди смогут сэкономить время, средства и ресурсы, а также появится возможность снизить степень чистящими средствами. Так что дальнейшие разработки пойдут на пользу всем.

Гидрофобные вещества

Hydrophobic matters (substances)

Твердые вещества, не смачиваемые водой. Смачиваются маслянистыми жидкостями.

Краткий электронный справочник по основным нефтегазовым терминам с системой перекрестных ссылок. - М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина . М.А. Мохов, Л.В. Игревский, Е.С. Новик . 2004 .

Смотреть что такое "Гидрофобные вещества" в других словарях:

Гидрофобные мазевые основы - Основная статья: Мазевые основы Гидрофобные мазевые основы мазевые основы, предназначенные для лекарственных форм, действующие вещества которых гидрофобны. В группе гидрофобных основ объединены основы и их компоненты, имеющие различную… … Википедия

Гидрофобные покрытия - тонкие слои несмачивающихся водой веществ на поверхности гидрофильных материалов. Г. п. часто называют водоотталкивающими, что неправильно, т.к. молекулы воды не отталкиваются от них, а притягиваются, но крайне слабо (см. Гидрофильность и …

Вещества, способные накапливаться (сгущаться) на поверхности соприкосновения двух тел, называемой поверхностью раздела фаз, или межфазной поверхностью. На межфазной поверхности П. а. в. образуют слой повышенной концентрации адсорбционный… … Большая советская энциклопедия

поверхностно-активные вещества (ПАВ) - вещества, способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз и вызывать снижение поверхностного (межфазного) натяжения. Типичные ПАВ органические соединения, молекулы которых содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и… … Энциклопедический словарь по металлургии

Поверхностно-активные вещества - (a. surfactants; н. grenzflachenaktive Stoffe, oberflachenaktive Stoffe; ф. substances tensio actives; и. surfac tantes), вещества c асимметричной мол. структурой, молекулы к рых имеют дифильное строение, т.e. содержат лиофильные и… … Геологическая энциклопедия

поверхностно-активные вещества - ПАВ Вещ ва, способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз и вызывать снижение поверхн. (межфазного) натяжения. Типичные ПАВ — органич. соединения, молекулы к рых содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) ат … Справочник технического переводчика

Surfactant species Вещества с асимметричной молекулярной структурой, молекулы которых имеют дифильное строение, т. е. содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные полярные группы и гидрофобные радикалы) атомные группы. Дифильная… … Нефтегазовая микроэнциклопедия

Взрывчатые вещества - (a. explosives, blasting agents; н. Sprengstoffe; ф. explosifs; и. explosivos) хим. соединения или смеси веществ, способные в определённых условиях к крайне быстрому (взрывному) саморас пространяющемуся хим. превращению c выделением тепла … Геологическая энциклопедия

Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества - (a. ammonal, ammonium nitrate explosives; н. Ammonsalpetersprengstoffe, Ammonnitrat sprengstoffe, ANC Sprengstoffe; ф. explosifs nitres; и. explosivos de nitrato amonico) взрывчатые смеси, осн. составная часть к рых Аммиачная селитра.… … Геологическая энциклопедия

Гемато-энцефалический барьер - Взаимоотношение клеток ткани мозга и капилляра: 1. Эпендима 2. Нейрон 3. Аксон 4. Шванновская клетка 5. Астроцит 6 … Википедия

По отношению к воде все практически вещества можно разделить на две группы:

1. Гидрофильные (от греч. "филео" - любить, имеющие положительное сродство к воде ). Эти вещества имеют полярную молекулу, включающую электроотрицательные атомы (кислород, азот, фосфор и др.). В результате отдельные атомы таких молекул также обретают частичные заряды и образуют водородные связи с молекулами воды. Примеры: сахара, аминокислоты, органические кислоты .
2. Гидрофобные (от греч. "фобос" - страх, имеющие отрицательное сродство к воде ). Молекулы таких веществ неполярны и не смешиваются с полярным растворителем, каковым является вода, но хорошо растворимы в органических растворителях, например, в эфире, и в жирах. Примером могут служить линейные и циклические углеводороды . в т.ч. бензол .

Кроме того, со свойством воды как растворителя прямо связана транспортная функция внутренних жидкостей как у многоклеточных животных (кровь, лимфа, гемолимфа, целомическая жидкость), так и у многоклеточных растений.

5. Вода как реагент.
Важное значение воды связано также с ее химическими свойствами - как обычного вещества, вступающего в химические реакции с другими веществами. Наиболее важными являются расщепление воды под действием света (фотолиз ) в световой фазе фотосинтеза , участие воды как необходимого реагента в реакциях расщепления сложных биополимеров (такие реакции не случайно называются реакциями гидролиза ). И, наоборот, при реакциях образования биополимеров, полимеризации, происходит выделение воды.
Вопрос 4. Какую неточность в последней фразе исправил бы химик?

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Министерства здравоохранения Российской Федерации

(ГБОУ ВПО НГМУ Минздрава России)

Кафедра медицинской химии

Реферат

ГИДРОФИЛЬНЫЕ, ГИДРОФОБНЫЕ, АМФИФИЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА: В ПРИРОДЕ И В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА.

(обзор литературы)

Выполнил:

Проверил:

Введение

Вода - одно из самых распространенных веществ на Земле. Она покрывает большую часть земной поверхности. Почти все живые существа состоят в основном из воды. У человека содержание воды в органах и тканях варьирует от 20% (в костной ткани) до 85% (в головном мозге). Около 2/3 массы человека составляет вода, в организме медузы до 95% воды, даже в сухих семенах растений вода составляет 10-12%.

Вода обладает некоторыми уникальными свойствами. Свойства эти настолько важны для живых организмов, что нельзя представить жизнь без этого соединения водорода и кислорода.

По отношению к воде все вещества разделяются на две группы: гидрофильные - «любящие воду» и гидр0офобные - «боящиеся воды» (от греч. «гидро» - вода, «филео» - любить и «фобос» - боязнь). О свойствах этих веществ, а так же о их значении в природе, и пойдёт речь в нашей работе.

Гидрофильные и гидрофобные вещества

Гидрофильные вещества (греч. «гидро» -вода, «филео» -люблю) - это вещества, энергия притяжения которых к молекулам воды превышает энергию водородных связей (энергию притяжения между собой молекул воды), поэтому многие гидрофильные вещества хорошо растворимы в воде.

Гидрофильные в-ва интенсивно взаимодействуют с молекулами воды. Гидрофильность характеризуется величиной адсорбционной связи веществ с молекулами воды, образованием с ними неопределённых соединений и распределением кол-ва воды по величинам энергии связи. Гидрофильность преимущественно определяется величиной энергии связи адсорбционного монослоя, т. к. последующие слои связаны с веществом гораздо слабее. Гидрофильность может выражаться теплотой адсорбции водяного пара или теплотой смачивания, а также работой смачивания единицы поверхности в-ва.

Гидрофобные вещества (греч. «гидро» - вода, «фобос» - боязнь) - вещества, энергия притяжения молекул которых к молекулам воды меньше энергии водородных связей молекул воды. К числу гидрофобных веществ относятся жиры, некоторые углеводы (крахмал, гликоген, клетчатка), нуклеиновые кислоты, АТФ, большинство белков, нерастворимых в воде.

Абсолютно гидрофобных ("водоотталкивающих") веществ нет; даже наиболее гидрофобные - углеводородные и фторуглеродные - поверхности адсорбируют воду. Поэтому гидрофобность рассматривают как малую степень гидрофильности.

Г. и г. могут быть оценены, как и смачиваемость поверхности водой (в воздушной среде), величиной угла смачивания q: для гидрофильных поверхностей <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.

Гидрофильными являются вещества с полярными хим. связями: галогениды, оксиды и их гидраты, карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты и алюмосиликаты (глины, стекла), а также клеточные мембраны. Чистые поверхности металлов, углерода, полупроводников, вещества, состоящие из слабо полярных молекул, листья растений, кожа животных, хитиновый покров насекомых гидрофобны. Все полярные группы, входящие в состав молекул ПАВ - поверхностно-активных веществ - COOH, -NH2,-SO3Na и др., гидрофильны; связанные с ними углеводородные радикалы - гидрофобны.

Амфифильные вещества

Амфифильность – свойство молекул веществ (как правило, органических), обладающих одновременно гидрофильными и гидрофобными свойствами. Молекулы амфифильных соединений похожи на головастика: они состоят из длинного углеводородного хвоста (построенного обычно более чем из десяти СН2-групп), обеспечивающего растворимость в неполярных средах, и полярной головы, ответственной за гидрофильные свойства. Таким образом, амфифильные соединения одновременно «любят» и воду (то есть являются гидрофильными), и неполярные растворители (проявляют гидрофобные свойства).

В зависимости от типа гидрофильной группы выделяют амфифильные соединения, несущие заряженную катионную или анионную функциональную группу, и амфифильные соединения с незаряженной функциональной группой. Абсолютное большинство известных органических соединений несут более чем одну заряженную функциональную группу. Примером таких веществ являются макромолекулярные соединения - белки, липопротеиды, блок-сополимеры и т.д. Наличие у молекул белка третичной структуры, образующейся в результате внутримолекулярных взаимодействий функциональных групп (полярных или неполярных) между собой, само по себе демонстрирует амфифильную природу этих соединений.

Другим примером амфифильных соединений является большинство лекарственных средств, молекулы которых сочетают в себе набор определенных функциональных групп, необходимых для эффективного связывания с рецептором-мишенью.

Амфифильные соединения играют особую роль в живой природе. Ни одно животное или растение не может существовать без них. Именно из амфифильных молекул состоит мембрана клетки, которая отделяет живой организм от враждебной внешней среды. Именно такие молекулы составляют внутренние органнелы клетки, участвуют в процессе ее деления, задействованы в обмене веществ с окружающей средой. Амфифильные молекулы служат нам пищей и образуются в наших организмах, участвуют во внутренней регуляции и цикле желчных кислот. Наш организм содержит более 10% амфифильных молекул. Именно поэтому синтетические поверхностно-активные вещества могут быть опасны для живых организмов и, например, способны растворить мембрану клетки и привести к ее гибели.

Заключение

В природе оба вида веществ имеют важное значение. Можно найти немало подтверждений тому, что гидрофобные вещества встречаются едва ли не повсеместно. Так, чистые поверхности металлов, полупроводников, а также кожа животных, листья растений, хитиновый покров насекомых обладают подобными свойствами. В свою очередь, гидрофилы используются в транспорте питательных веществ в организмах животных и растений, конечные продукты обмена также выводятся при помощи растворов биологических жидкостей. Неполярные вещества же имеют серьезное значение в формировании клеточных мембран, имеющих избирательную проницаемость. Именно поэтому подобные свойства играют важную роль в протекании биологических процессов. В последние годы ученые разрабатывают все новые гидрофобные вещества, при помощи которых можно защитить различные материалы от смачивания и загрязнения, создавая таким образом даже самоочищающиеся поверхности. Одежда, металлические изделия, стройматериалы, автомобильные стекла - сфер применения множество. Дальнейшее изучение этой темы приведет к разработке мультифобных веществ, которые станут основной для грязеотталкивающих поверхностей. Создав подобные материалы, люди смогут сэкономить время, средства и ресурсы, а также появится возможность снизить степень загрязнения природы чистящими средствами. Так что дальнейшие разработки пойдут на пользу всем.

Список литературы

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://побиологии.рф/ Биологический-словарь/Г/265- Гидрофобные-вещества