Някой в училище имаше късмет в час по химия не само да пише скучни тестове и да изчислява моларна маса или да посочи валентността, но и да наблюдава как учителят провежда експерименти. Неизменно като част от експеримента, като по магия, течностите в епруветките променят цвета си непредвидимо и нещо друго може да избухне или да изгори красиво. Може би не толкова зрелищни, но все пак интересни експерименти, в които се използват хидрофилни и хидрофобни вещества. Между другото, какви са те и защо са любопитни?
Физически свойства
В уроците по химия, преминавайки през следващия елемент от периодичната таблица, както и всички основни вещества, непременно говорихме за различните им характеристики. По-специално бяха засегнати техните физически свойства: плътност, агрегатно състояние при нормални условия, точки на топене и кипене, твърдост, цвят, електропроводимост, топлопроводимост и много други. Понякога се говори за такива характеристики като хидрофобност или хидрофилност, но като правило не се говори за това отделно. Междувременно това е доста интересна група вещества, които лесно могат да се срещнат в ежедневието. Така че не е на мястоще научим повече за тях.
Хидрофобни вещества
Примерите лесно могат да бъдат взети от живота. Така че, не можете да смесвате вода с масло - всеки знае това. Той просто не се разтваря, а остава да плава като мехурчета или филм на повърхността, тъй като плътността му е по-малка. Но защо е това и какви други хидрофобни вещества съществуват?
Обикновено тази група включва мазнини, някои протеини и нуклеинови киселини, както и силикони. Името на веществата идва от гръцките думи hydor – вода и phobos – страх, но това не означава, че молекулите се страхуват. Просто са малко или напълно неразтворими, наричат се още неполярни. Абсолютна хидрофобност не съществува, дори тези вещества, които, изглежда, изобщо не взаимодействат с водата, все още я адсорбират, макар и в незначителни количества. На практика контактът на такъв материал с H2O изглежда като филм или капчици, или течността остава на повърхността и приема формата на топка, тъй като има най-малкия повърхност и осигурява минимален контакт.
Хидрофобните свойства се обясняват с химичната структура на определени вещества. Това се дължи на слабото привличане към водната молекула, както се случва например с въглеводородите.
Хидрофилни вещества
Името на тази група, както може би се досещате, също идва от гръцки думи. Но в този случай втората част на филия е любовта и това перфектно характеризира връзката на такива вещества с водата -пълно "взаимно разбиране" и отлична разтворимост. Тази група, понякога наричана "полярна", включва прости алкохоли, захари, аминокиселини и т.н. Съответно те имат такива характеристики, тъй като имат висока енергия на привличане към водната молекула. Строго погледнато, всъщност всички вещества са хидрофилни в по-голяма или по-малка степен.
Амфифилност
Случва ли се хидрофобните вещества да имат едновременно хидрофилни свойства? Оказва се, че да! Тази група вещества се наричат дифилни или амфифилни. Оказва се, че една и съща молекула може да има в структурата си както разтворими - полярни, така и водоотблъскващи - неполярни елементи. Такива свойства например имат някои протеини, липиди, повърхностно активни вещества, полимери и пептиди. При взаимодействие с вода те образуват различни надмолекулни структури: монослоеве, липозоми, мицели, двуслойни мембрани, везикули и др. В този случай полярните групи се оказват ориентирани към течността.
Значение и приложение в живота
В допълнение към взаимодействието на вода и масло, има много доказателства, че хидрофобните вещества се срещат почти навсякъде. Така че чистите повърхности от метали, полупроводници, както и животинска кожа, листата на растенията, покритието от хитин от насекоми имат подобни свойства.
В природата и двата вида вещества са важни. Така хидрофилите се използват при транспортирането на хранителни вещества в животински и растителни организми, крайни продуктиобмен също се екскретират с помощта на разтвори на биологични течности. Неполярните вещества са от голямо значение за образуването на клетъчни мембрани със селективна пропускливост. Ето защо такива свойства играят важна роля в хода на биологичните процеси.
През последните години учените разработват все повече и повече нови хидрофобни вещества, с които е възможно да се предпазят различни материали от намокряне и замърсяване, като по този начин се създават дори самопочистващи се повърхности. Облекло, метални изделия, строителни материали, автомобилно стъкло - има много области на приложение. По-нататъшното изучаване на тази тема ще доведе до разработването на мултифобни вещества, които ще станат основа за отблъскващи мръсотия повърхности. Чрез създаването на такива материали хората могат да спестят време, пари и ресурси, а също така ще бъде възможно да се намали степента на замърсяване на природата с почистващи препарати. Така че по-нататъшното развитие ще е от полза за всички.
