Unghi de contact de 165 de grade cu apa pe suprafață modificat folosind tehnologia cu plasmă Sistem chimic de suprafață. Unghiul de contact este unghi roșu plus 90 de grade.
Picături de apă pe suprafața hidrofobă a ierbii
Termen hidrofob provine din greaca veche ὑδρόφοβος, „având teroarea apei”, construit din ὕδωρ, „apă”, și φόβος, „frică”.
Fundal chimic
Interacțiunea hidrofobă este în primul rând un efect entropic care rezultă din ruperea legăturilor de hidrogen foarte dinamice dintre moleculele de apă de către un dizolvat nepolar lichid care formează o structură asemănătoare clatratului în jurul moleculelor nepolare. Această structură se formează mai bine ordonată decât moleculele de apă libere, datorită poziționării moleculei de apă pentru a interacționa cât mai mult posibil cu ea însăși și, astfel, are ca rezultat o stare de entropie mai mare, ceea ce face ca moleculele nepolare să se agrupeze pentru a reduce suprafața expusă. la apă și reducând entropia sistemului. Astfel, cele 2 faze nemiscibile (hidrofile versus hidrofobe) se vor schimba in asa fel incat aria lor interfaciala respectiva sa fie minima. Acest efect poate fi vizualizat într-un fenomen numit separare de fază.
Superhidrofobicitate
Picătură de apă pe o plantă cu frunze de lotus.
Superhidrofob suprafețele, cum ar fi frunzele plantei de lotus, sunt cele care sunt extrem de greu de umezit. Unghiurile de contact ale picăturilor de apă depășesc 150°. Acesta este denumit efectul lotusului și este în primul rând o proprietate fizică legată de tensiunea interfacială, mai degrabă decât o proprietate chimică.
teorie
În 1805, Thomas Young a determinat unghiul de contact și thetas prin analiza forțelor care acționează asupra fluidului în repaus a unei picături pe o suprafață solidă înconjurată de gaz.
WENZEL a stabilit că atunci când lichidul este în contact direct cu suprafața microstructurală, θ se va schimba în θ W*
cos θ W * = r cos θ (\displaystyle \cos (\theta)_(W)*=r\cos (\theta)\,)Unde R reprezintă raportul dintre suprafața reală și suprafața proiectată. Ecuația Wenzel arată că microstructurarea unei suprafețe sporește tendința naturală a suprafeței. O suprafață hidrofobă (una care are un unghi de contact inițial mai mare de 90°) devine mai hidrofobă atunci când este microstructurată - noul său unghi de contact devine mai mare decât originalul. Cu toate acestea, o suprafață hidrofilă (una care are un unghi de contact inițial mai mic de 90°) devine mai hidrofilă atunci când este microstructurată - noul său unghi de contact va deveni mai mic decât cel original. Cassie și Baxter au descoperit că dacă lichidul este suspendat pe vârfurile microstructurilor, θ se va schimba în & thetas CB*:
cos θ CB * = φ (cos θ + 1) - 1 (\displaystyle \cos (\theta)_(\text (CB))*=\varphi (\cos \theta +1)-1\, )unde φ este fracția din suprafața solidului care este în contact cu lichidul. Lichidul în starea Cassie-Baxter este mai mobil decât în starea Wenzel.
Putem prezice dacă ar trebui să existe o stare Wenzel sau Cassie-Baxter calculând noul unghi de contact din ambele ecuații. La minimizarea argumentului energiei libere, raportul prezis de noul unghi de contact mai mic este starea cel mai probabil să existe. În termeni matematici, pentru ca o stare Cassie-Baxter să existe, inegalitatea trebuie să fie adevărată.
cos θ > φ - 1 r - φ (\displaystyle \\cos theta>(\frac (\varphi -1)(r-\varphi)))Un criteriu alternativ recent pentru starea Cassie-Baxter afirmă că starea Cassie-Baxter există dacă sunt îndeplinite următoarele 2 condiții: 1) liniile de contact ale forțelor depășesc forțele corpului greutății nesusținute a căderii și 2) microstructura este suficient de înaltă pentru a împiedica lichidul care unește microstructurile să atingă baza microstructurii.
Un nou criteriu pentru comutarea între stările Wenzel și Cassie-Baxter a fost dezvoltat recent, bazat pe rugozitatea suprafeței și energia de suprafață. Criteriul se concentrează pe capacitatea aerului de a prinde picăturile de lichid pe suprafețe neuniforme, ceea ce ar putea spune dacă modelul Wenzel sau modelul Cassie-Baxter ar trebui să fie utilizat pentru o anumită combinație de rugozitate și energie a suprafeței.
Unghiul de contact este o măsură a hidrofobicității statice, iar histereza unghiului de contact și unghiul de alunecare sunt măsuri dinamice. Histerezisul unghiului de contact este un fenomen care caracterizează eterogenitatea suprafeței. Când o pipetă injectează lichid pe un solid, lichidul va forma un unghi de contact. Pe măsură ce pipeta injectează mai mult lichid, picătura va crește în volum, unghiul de contact va crește, dar limita sa trifazată va rămâne staționară până când se mișcă brusc spre exterior. Unghiul de contact al picăturii a fost chiar înainte de a avansa spre exterior se numește unghi de contact de avansare. Unghiul de contact în retragere este acum măsurat prin pomparea lichidului înapoi din picătură. Picătura va scădea în volum, unghiul de contact va scădea, dar limita sa trifazată va rămâne nemișcată până când se va retrage brusc spre interior. Unghiul de contact al picăturii a fost chiar înainte de a se retrage spre interior se numește unghi de contact de retragere. Diferența dintre unghiurile de contact în avans și retragere se numește histerezis unghiului de contact și poate fi utilizată pentru a caracteriza eterogenitatea suprafeței, rugozitatea și mobilitatea. Suprafețele care nu sunt omogene vor avea domenii care împiedică mișcarea liniei de contact. Unghiul de alunecare este o altă măsură a hidrofobicității dinamice și se măsoară prin depunerea unei picături pe o suprafață și înclinarea suprafeței până când picătura începe să alunece. În general, fluidele în starea Cassie-Baxter prezintă unghiuri de alunecare și histerezis unghiului de contact mai mici decât cele din starea Wenzel.
Cercetare și dezvoltare
Dettre și Johnson au descoperit în 1964 că fenomenul de efect de lotus superhidrofob a fost asociat cu suprafețe hidrofobe aspre și au dezvoltat un model teoretic bazat pe experimente cu margele de sticlă acoperite cu parafină sau telomer TFE. Proprietățile de autocurățare ale suprafețelor micro-nanostructurate superhidrofobe au fost raportate în 1977. Materialele superhidrofobe formate cu plasmă RF perfluoroalchil, perfluoropolieter și RF au fost dezvoltate, utilizate pentru electroumezire și comercializate pentru aplicații biomedicale între 1986 și 1995. Au apărut alte tehnologii și aplicații. de la mijlocul anilor 1990. O compoziție ierarhică superhidrofobă durabilă, aplicată în una sau două etape, a fost dezvăluită în 2002, care conține particule nanometrice ≤ 100 nm, aplicate pe o suprafață având caracteristici de dimensiuni micron sau particule ≤ 100 um. S-a observat că particulele mai mari protejează particulele mici de uzura mecanică.
Într-un studiu recent, a fost raportată superhidrofobicitatea, permițând dimerului de alchil cetenă (AKD) să se solidifice în suprafețe fractale nanostructurate. Multe lucrări prezintă metode de fabricare pentru realizarea suprafețelor superhidrofobe, inclusiv depunerea de particule, metode sol-gel, procesare cu plasmă, depunere de vapori și tehnologii de turnare. Oportunitățile actuale pentru cercetarea de impact se află în primul rând în cercetarea de bază și producția practică. Recent a apărut o dezbatere cu privire la aplicabilitatea modelelor Wenzel și Cassie-Baxter. Într-un experiment menit să provoace perspectiva energiei de suprafață a modelului Wenzel și Cassie-Baxter și să promoveze perspectiva liniei de contact, picăturile de apă au fost plasate pe un loc hidrofob neted într-o regiune hidrofobă dur, un loc hidrofob dur într-o regiune hidrofobă netedă, şi un situs hidrofil într-o regiune hidrofobă. Experimentele au arătat că chimia suprafeței și geometria liniei de contact au fost afectate de unghiul de contact și histerezisul unghiului de contact, dar suprafața din interiorul liniei de contact nu a avut niciun efect. A fost de asemenea propus argumentul că creșterea denivelării în linia de contact crește mobilitatea picăturilor.
Substanțe hidrofile și hidrofobe... și am primit cel mai bun răspuns
Răspuns de la Mihail[guru]
În ceea ce privește apa, practic toate substanțele pot fi împărțite în două grupe:
1. Hidrofil (din grecescul „phileo” - a iubi, având o afinitate pozitivă pentru apă). Aceste substanțe au o moleculă polară, incluzând atomi electronegativi (oxigen, azot, fosfor etc.). Ca rezultat, atomii individuali ai unor astfel de molecule dobândesc, de asemenea, sarcini parțiale și formează legături de hidrogen cu moleculele de apă. Exemple: zaharuri, aminoacizi, acizi organici.
2. Hidrofob (din grecescul „phobos” - frică, având o afinitate negativă pentru apă). Moleculele unor astfel de substanțe sunt nepolare și nu se amestecă cu un solvent polar, cum ar fi apa, dar sunt foarte solubile în solvenți organici, de exemplu, eter, și în grăsimi. Un exemplu sunt hidrocarburile liniare și ciclice. incluzând benzen precum și oxizi, hidroxizi, silicați, sulfați, fosfați, argile etc., substanțe cu grupe polare -OH, -COOH, -NO2 etc.
Substante organice hidrofile:
Fosfat de etil mercur (C2H5Hg)3P04 - substanță cristalină albă, p.t. 178 °C. Se dizolvă bine în apă și solvenți organici hidrofili, mai puțin în hidrocarburi și alți solvenți hidrofobi. Cu apa produce hidrati cristalini, care pierd cu usurinta apa cand sunt incalzite. Un medicament anhidru, atunci când este depozitat într-o atmosferă umedă, formează un hidrat cristalin cu o moleculă de apă (p.t. 110 °C).
Feyylmercurtrietanol lactat de amoniu (8) - substanță cristalină albă, p.t. 126 °C. Foarte solubil în apă și solvenți organici hidrofili. DL50 30 mg/kg.
Majoritatea substantelor organice cu radicali de hidrocarburi, metale, semiconductori etc au hidrofobicitate (umecabilitate slaba) Substantele hidrofobe servesc la protejarea produselor de efectele distructive ale apei.
Răspuns de la 2 raspunsuri[guru]
Buna ziua! Iată o selecție de subiecte cu răspunsuri la întrebarea dvs.: Substanțe hidrofile și hidrofobe...
Ajutor la biologie! Ce substanțe se numesc hidrofile, hidrofobe? Dă exemple. (3-4 propoziții.)
Apa este un solvent excelent pentru substanțele polare precum sărurile, zaharurile, alcoolii,
Termenul de hidrofilitate (derivat din cuvintele grecești antice „apă” și „dragoste”) este o caracteristică a intensității interacțiunii unei substanțe cu apa la nivel molecular, adică capacitatea unui material de a absorbi intens umiditatea, ca precum și umecbilitatea ridicată a apei de către suprafața substanței. Acest concept poate fi aplicat solidelor, ca proprietate a suprafeței, precum și ionilor individuali, atomilor, moleculelor și grupurilor lor.
Hidrofilitatea se caracterizează prin mărimea legăturii dintre moleculele de apă de adsorbție și moleculele unei substanțe; în acest caz, se formează compuși în care cantitatea de apă este distribuită în funcție de valorile energiei de legătură.
Hidrofilia este inerentă substanțelor care au rețele cristaline ionice (hidroxizi, oxizi, sulfați, silicați, argile, fosfați, sticle etc.) care au grupări polare -OH, -NO 2, -COOH etc. Hidrofilitate și hidrofobicitate- cazuri speciale de interactiune a substantelor cu solventi (liofilitate, liofobicitate).
Hidrofobia poate fi considerată ca un grad mic de hidrofilitate, deoarece acțiunea forțelor intermoleculare de atracție va fi întotdeauna mai mult sau mai puțin prezentă între moleculele oricărui corp și apă. Hidrofilitatea și hidrofobia pot fi distinse prin modul în care o picătură de apă se răspândește pe un corp cu o suprafață netedă. Picătura se va răspândi complet pe suprafața hidrofilă, și parțial pe cea hidrofobă, în timp ce valoarea unghiului format între suprafața materialului umezit și picătură este influențată de gradul de hidrofobic al corpului dat. Substanțele hidrofile sunt substanțe în care puterea interacțiunilor moleculare (ionice, atomice) este destul de puternică. Hidrofobe sunt metalele care sunt lipsite de pelicule de oxid, compuși organici care au grupări hidrocarburi în moleculă (ceară, grăsimi, parafine, unele materiale plastice), grafit, sulf și alte substanțe care au interacțiuni slabe la nivel intermolecular.
Conceptele de hidrofilitate și hidrofobicitate sunt aplicate atât în raport cu corpurile și suprafețele acestora, cât și în raport cu moleculele individuale sau părțile individuale ale moleculelor. De exemplu, moleculele de substanțe active de suprafață conțin compuși polari (hidrofili) și hidrocarburi (hidrofobi). Hidrofilitatea părții de suprafață a corpului se poate schimba dramatic datorită adsorbției unor astfel de substanțe.
Hidrofilizarea este procesul de creștere a hidrofilității, iar hidrofobizarea este procesul de scădere a acesteia. Aceste fenomene sunt de mare importanță în industria cosmetică, în tehnologia textilă pentru hidrofilizarea țesăturilor (fibrelor) pentru îmbunătățirea calității spălării, albirii, vopsirii etc.
Hidrofilitatea în cosmetică
Industria de parfumerie și cosmetică produce creme și geluri hidrofile care protejează pielea de impuritățile care nu sunt solubile în apă. Astfel de produse conțin componente hidrofile care formează o peliculă care împiedică pătrunderea poluanților insolubili în apă în stratul de suprafață al pielii.
Cremele hidrofile sunt realizate dintr-o emulsie care este stabilizată cu emulgatori adecvați sau cu o bază apă-ulei-apă sau ulei-apă. În plus, acestea includ sisteme coloidale dispersate în care componentele tensioactive hidrofile sunt stabilizate și constând din solvenți dispersați în apă sau amestecați apă-glicol ai acizilor grași sau alcoolilor superiori.
Hidrogelurile (gelurile hidrofile) sunt preparate din baze formate din apă, un solvent mixt neapos sau hidrofil (alcool etilic, propilenglicol, glicerină) și un agent de gelifiere hidrofil (derivați de celuloză, carbomeri).
Proprietățile hidrofile ale cremelor și gelurilor:
· se absoarbe rapid si bine;
· hrănesc pielea;
· dupa folosirea lor nu exista senzatie de grasime;
· curata pielea;
· au un efect de întărire asupra pielii;
· reduce efectul factorilor negativi de mediu;
Ajută pielea să-și mențină capacitatea naturală de a se regenera.
Cremele și gelurile hidrofile sunt concepute pentru a proteja pielea atunci când se lucrează cu uleiuri nemiscibile cu apă, păcură, petrol, vopsele, rășini, grafit, funingine, solvenți organici, soluții de răcire și lubrifiere, spumă de construcție și numeroase alte substanțe ușor agresive. De asemenea, sunt indispensabile atunci când reparați o mașină, renovați un apartament, în timpul construcției, la țară când lucrați cu îngrășăminte și pământ.
Compania KorolevPharm produce diverse tipuri de parfumerie și produse cosmetice, inclusiv creme hidrofile și hidrofobe. Compania este producator contractual si realizeaza toate etapele productiei: elaborarea retetelor, certificare, lansarea productiei, productia in serie a produselor. Locul de producție este dotat cu echipamente moderne.
Întreprinderea este certificată pentru conformitatea cu cerințele
HIDROFILICITATE ȘI HIDROFOBICITATE (din grecescul hydor - apă și philia - dragoste sau phobos - frică, frică * a. capacitatea de umectare hydrophoby; n. Hydrophilie und Hydrophobie; f. hydrophilite et hydrophobie; i. hidrofilia e hidrofobia) - concepte care caracterizează substanțele de afinitate sau corpuri formate de ei; această afinitate se datorează forțelor interacțiunii intermoleculare. Conceptele de hidrofilitate și hidrofobicitate se pot aplica în mod egal la o substanță, la suprafața unui corp și la un strat subțire (în limită, o grosime de o moleculă) la interfața dintre faze (corpi). Hidrofilitatea și hidrofobicitatea sunt un caz special de liofilitate și liofobicitate - caracteristici ale interacțiunii moleculare a substanțelor cu diferite lichide.
O măsură generală a hidrofilității este energia de legare a moleculelor de apă la suprafața corpului; se poate determina prin căldura umezirii dacă substanţa unui corp dat este insolubilă. Hidrofobia este considerată ca un grad scăzut de hidrofilitate, deoarece Între moleculele de apă și orice corp, forțele intermoleculare de atracție acționează întotdeauna într-o măsură mai mare sau mai mică. Hidrofilitatea și hidrofobicitatea pot fi evaluate prin răspândirea unei picături de apă pe o suprafață netedă a corpului (Fig.); caracterizat prin unghiul de contact; pe o suprafață hidrofilă picătura se răspândește complet, pe o suprafață hidrofobă se răspândește parțial, iar unghiul dintre suprafețele picăturii și corpul umezit depinde de cât de hidrofob este corpul.
Toate corpurile în care intensitatea interacțiunilor moleculare (atomice, ionice) este suficient de mare sunt hidrofile. Hidrofilitatea este deosebit de pronunțată cu rețelele cristaline ionice (de exemplu, etc.), precum și cu paharele de silicat. Metalele lipsite de pelicule de oxid, compușii organici cu predominanța grupelor de hidrocarburi în moleculă (de exemplu, parafine, grăsimi, ceară, unele materiale plastice) și alte substanțe cu interacțiuni intermoleculare slabe sunt hidrofobe.
Conceptele de hidrofilitate și hidrofobicitate se aplică nu numai corpurilor sau suprafețelor acestora, ci și moleculelor individuale sau părților individuale ale moleculelor. Astfel, în moleculele de surfactanți se disting grupări hidrofile (polare) și hidrofobe (hidrocarburi). Hidrofilitatea suprafeței corpului se poate schimba dramatic ca urmare a adsorbției unor astfel de substanțe. O creștere a hidrofilității se numește hidrofilizare, iar o scădere se numește hidrofobizare. Ambele fenomene joacă un rol important în metodă. Hidrofilizarea are ca rezultat minerale selective de gangă. În aceste scopuri se folosesc reactivi organici (amidon, dextrină etc.) și anorganici (sticlă lichidă, cianura de sodiu etc.). Hidrofobizarea este cauzată de adăugarea de reactivi speciali de colectare. Vezi si .
Unii oameni de la școală au avut noroc la lecțiile de chimie nu doar să scrie teste plictisitoare și să calculeze masa molară sau să indice valența, ci și să urmărească modul în care profesorul conduce experimentele. În mod invariabil, ca parte a experimentului, ca prin magie, lichidele din eprubete își schimbau culoarea în mod imprevizibil, iar altceva putea exploda sau arde frumos. Poate că nu la fel de impresionante, dar totuși interesante sunt experimentele în care se folosesc substanțe hidrofile și hidrofobe. Apropo, ce este asta și de ce sunt ei curioși?
Proprietăți fizice
La lecțiile de chimie, când parcurgeam un alt element din tabelul periodic, precum și toate substanțele de bază, am vorbit mereu despre diferitele lor caracteristici. Au fost atinse și proprietățile lor fizice: densitatea în condiții normale, punctele de topire și de fierbere, duritatea, culoarea, conductivitatea electrică, conductibilitatea termică și multe altele. Uneori s-a vorbit despre caracteristici precum hidrofobicitatea sau hidrofilitatea, dar, de regulă, nu vorbesc despre acest lucru separat. Între timp, acesta este un grup destul de interesant de substanțe care pot fi întâlnite cu ușurință în viața de zi cu zi. Așa că ar fi util să aflați mai multe despre ei.
Substanțe hidrofobe
Exemplele pot fi luate cu ușurință din viață. Deci, nu puteți amesteca apa cu ulei - toată lumea știe acest lucru. Pur și simplu nu se dizolvă, ci rămâne plutind în bule sau o peliculă la suprafață, deoarece densitatea sa este mai mică. Dar de ce există aceasta și ce alte substanțe hidrofobe există?
Acest grup include de obicei grăsimi, unele proteine și siliconi. Numele substanțelor provine de la cuvintele grecești hydor - apă și phobos - frică, dar asta nu înseamnă că moleculele se tem. Sunt pur și simplu ușor sau complet insolubile; sunt numite și nepolare. Hidrofobicitatea absolută nu există; chiar și acele substanțe care, s-ar părea, nu interacționează deloc cu apa, o mai absorb, deși în cantități neglijabile. În practică, contactul unui astfel de material cu H 2 O apare sub formă de peliculă sau picături, sau lichidul rămâne la suprafață și ia forma unei mingi, deoarece are cea mai mică suprafață și asigură un contact minim.
Proprietățile hidrofobe sunt explicate de anumite substanțe. Acest lucru se datorează ratei scăzute de atracție pentru, așa cum se întâmplă, de exemplu, cu hidrocarburile.
Substante hidrofile
Numele acestui grup, după cum ați putea ghici, provine și din cuvinte grecești. Dar, în acest caz, a doua parte a philia este dragostea, iar aceasta caracterizează perfect relația acestor substanțe cu apa - „înțelegere reciprocă” completă și solubilitate excelentă. Acest grup, numit uneori „polar”, include alcooli simpli, zaharuri, aminoacizi etc. În consecință, au aceste caracteristici deoarece au o energie mare de atracție față de molecula de apă. Strict vorbind, în general, toate substanțele sunt hidrofile într-o măsură mai mare sau mai mică.
Amfifilicitate
Se întâmplă ca substanțele hidrofobe să poată avea simultan proprietăți hidrofile? Se dovedește că da! Acest grup de substanțe se numește amfifile sau amfifile. Rezultă că aceeași moleculă poate avea în structura sa atât elemente solubile - polare, cât și hidrofuge - nepolare. De exemplu, unele proteine, lipide, surfactanți, polimeri și peptide au astfel de proprietăți. Atunci când interacționează cu apa, ele formează diverse structuri supramoleculare: monostraturi, lipozomi, micelii, membrane cu două straturi, vezicule etc. Grupările polare sunt orientate spre lichid.
Sensul și aplicarea în viață
Pe lângă interacțiunea dintre apă și ulei, se pot găsi o mulțime de dovezi că substanțele hidrofobe se găsesc aproape peste tot. Astfel, suprafețele curate de metale, semiconductori, precum și pielea animalelor, frunzele plantelor și învelișul chitinos al insectelor au proprietăți similare.
În natură, ambele tipuri de substanțe sunt importante. Astfel, hidrofilele sunt utilizate în transportul în organismele animalelor și plantelor; produsele finale ale metabolismului sunt, de asemenea, excretați folosind soluții de fluide biologice. Substanțele nepolare sunt de mare importanță în formarea membranelor celulare, care au De aceea astfel de proprietăți joacă un rol important în cursul proceselor biologice.
În ultimii ani, oamenii de știință au dezvoltat noi substanțe hidrofobe care pot fi folosite pentru a proteja diverse materiale de umezire și contaminare, creând astfel suprafețe chiar și cu autocurățare. Imbracaminte, produse metalice, materiale de constructii, sticla auto - sunt multe domenii de aplicare. Studierea ulterioară a acestui subiect va duce la dezvoltarea unor substanțe multifobe care vor deveni baza pentru suprafețele rezistente la pete. Prin crearea unor astfel de materiale, oamenii vor putea economisi timp, bani și resurse și, de asemenea, va fi posibilă reducerea gradului de produse de curățare. Deci, evoluțiile ulterioare vor aduce beneficii tuturor.
