Iemand op school had het geluk in de scheikundeles niet alleen saaie tests te schrijven en molaire massa te berekenen of valentie aan te geven, maar ook om te kijken hoe de leraar experimenten uitvoert. Steevast, als onderdeel van het experiment, als bij toverslag, veranderden de vloeistoffen in de reageerbuizen onvoorspelbaar van kleur, en iets anders kon ontploffen of prachtig branden. Misschien niet zo spectaculair, maar toch interessante experimenten waarin hydrofiele en hydrofobe stoffen worden gebruikt. Trouwens, wat zijn dat en waarom zijn ze nieuwsgierig?
Fysieke eigenschappen
In scheikundelessen, terwijl we het volgende element uit het periodiek systeem doornamen, evenals alle basisstoffen, spraken we noodzakelijkerwijs over hun verschillende kenmerken. In het bijzonder kwamen hun fysieke eigenschappen aan bod: dichtheid, aggregatietoestand onder normale omstandigheden, smelt- en kookpunten, hardheid, kleur, elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid en vele andere. Soms werd er gesproken over kenmerken als hydrofobiciteit of hydrofiliciteit, maar in de regel wordt hier niet afzonderlijk over gesproken. Ondertussen is dit een nogal interessante groep stoffen die gemakkelijk in het dagelijks leven kan worden aangetroffen. Dus het is niet misplaatstzal er meer over leren.
Hydrofobe stoffen
Voorbeelden kunnen gemakkelijk uit het leven worden gehaald. Je kunt dus geen water met olie mengen - dat weet iedereen. Het lost eenvoudigweg niet op, maar blijft als bellen of een film op het oppervlak drijven, omdat de dichtheid minder is. Maar waarom is dit en welke andere hydrofobe stoffen bestaan er?
Meestal omvat deze groep vetten, sommige eiwitten en nucleïnezuren, evenals siliconen. De naam van de stoffen komt van de Griekse woorden hydor - water en phobos - angst, maar dit betekent niet dat de moleculen bang zijn. Het is alleen dat ze weinig of volledig onoplosbaar zijn, ze worden ook niet-polair genoemd. Absolute hydrofobiciteit bestaat niet, zelfs die stoffen die schijnbaar helemaal geen interactie met water hebben, adsorberen het toch, zij het in verwaarloosbare hoeveelheden. In de praktijk ziet het contact van een dergelijk materiaal met H2O eruit als een film of druppeltjes, of de vloeistof blijft op het oppervlak en neemt de vorm aan van een bal, aangezien deze de kleinste oppervlakte en zorgt voor minimaal contact.
Hydrofobe eigenschappen worden verklaard door de chemische structuur van bepaalde stoffen. Dit komt door de lage aantrekkingskracht op het watermolecuul, zoals bijvoorbeeld gebeurt bij koolwaterstoffen.
Hydrofiele stoffen
De naam van deze groep komt, zoals je zou kunnen raden, ook van Griekse woorden. Maar in dit geval is het tweede deel van philia liefde, en dit kenmerkt perfect de relatie van dergelijke stoffen met water -volledig "wederzijds begrip" en uitstekende oplosbaarheid. Deze groep, soms "polair" genoemd, omvat eenvoudige alcoholen, suikers, aminozuren, enz. Dienovereenkomstig hebben ze dergelijke kenmerken, omdat ze een hoge aantrekkingskracht hebben op het watermolecuul. Strikt genomen zijn in feite alle stoffen in meer of mindere mate hydrofiel.
Amfifiliciteit
Gebeurt het dat hydrofobe stoffen tegelijkertijd hydrofiele eigenschappen kunnen hebben? Het blijkt ja! Deze groep stoffen wordt difiel of amfifiel genoemd. Het blijkt dat hetzelfde molecuul in zijn structuur zowel oplosbare - polaire als waterafstotende - niet-polaire elementen kan hebben. Dergelijke eigenschappen hebben bijvoorbeeld enkele eiwitten, lipiden, oppervlakteactieve stoffen, polymeren en peptiden. Bij interactie met water vormen ze verschillende supramoleculaire structuren: monolagen, liposomen, micellen, dubbellaagse membranen, blaasjes, enz. In dit geval blijken polaire groepen naar de vloeistof te zijn georiënteerd.
Betekenis en toepassing in het leven
Naast de interactie van water en olie is er veel bewijs dat hydrofobe stoffen bijna overal worden aangetroffen. Dus schone oppervlakken van metalen, halfgeleiders, maar ook dierenhuid, plantenbladeren, insectenchitine hebben vergelijkbare eigenschappen.
In de natuur zijn beide soorten stoffen belangrijk. Zo worden hydrofielen gebruikt bij het transport van voedingsstoffen in dierlijke en plantaardige organismen, eindproductenuitwisseling worden ook uitgescheiden met behulp van oplossingen van biologische vloeistoffen. Apolaire stoffen zijn van groot belang bij de vorming van celmembranen met selectieve permeabiliteit. Daarom spelen dergelijke eigenschappen een belangrijke rol in het verloop van biologische processen.
De afgelopen jaren hebben wetenschappers steeds meer nieuwe hydrofobe stoffen ontwikkeld, waarmee het mogelijk is verschillende materialen te beschermen tegen nattigheid en vervuiling, waardoor zelfs zelfreinigende oppervlakken ontstaan. Kleding, metalen producten, bouwmaterialen, autoglas - er zijn veel toepassingsgebieden. Verdere studie van dit onderwerp zal leiden tot de ontwikkeling van multifobe stoffen die de basis zullen worden voor vuilafstotende oppervlakken. Door dergelijke materialen te maken, kunnen mensen tijd, geld en middelen besparen en zal het ook mogelijk zijn om de mate van vervuiling van de natuur met schoonmaakmiddelen te verminderen. Dus verdere ontwikkelingen zullen iedereen ten goede komen.
