165 градусів кут контакту з водою на поверхні модифікованої за допомогою плазмової технології Система поверхневої хімії. Кут контакту червоний кут плюс 90 градусів.
Краплі води на гідрофобній поверхні трави
Термін гідрофобніпоходить від давньогрецького ὑδρόφοβος, «маючи жах води», побудований з ὕδωρ, «води», і φόβος, «страху».
Хімічний фон
Гідрофобна взаємодія є головним чином ентропійним ефектом, що походить із руйнування високо динамічних водневих зв'язків між молекулами води за допомогою рідкої неполярної розчиненої речовини, що утворює клатрат-подібної структури навколо неполярних молекул. Ця структура формується більш високо впорядкована, ніж вільні молекули води через - за молекули води розташування себе, щоб взаємодіяти якнайбільше з собою, і, таким чином, призводить до більш високого ентропійного стану, який викликає неполярні молекули групуватися разом, щоб зменшити площу поверхні , оголену до води та зменшення ентропії системи. Таким чином, 2 фази, що не змішуються (гідрофільні порівняно з гідрофобним) будуть змінюватися таким чином, що їх відповідна площа поверхні розділу буде мінімальною. Цей ефект може бути візуалізований в явище називається фазовим поділом.
Superhydrophobicity
Краплі води на заводі листя лотоса.
Супергідрофобнихповерхні, такі як листя рослини лотоса, є ті, які є надзвичайно важко змочувати. У кутах змочування краплі води перевищує 150°. Це згадується як ефект лотоса, і це насамперед фізична властивість пов'язана з міжфазним натягом, а не хімічною властивістю.
теорія
В 1805 Томас Юнг визначив кут контакту & thetasшляхом аналізу сил, які діють рідини спокою краплі на твердої поверхні, оточеної газом.
ВЕНЗЕЛЬ встановлено, що, коли рідина знаходиться в безпосередньому контакті з мікроструктурною поверхнею, θ зміниться на θ W *
соз θ W * знак дорівнює р соз θ (\ Displaystyle \ соз (\ тета) _ (W) * = г \ соз (\ тета) \,)де Rє відношенням фактичної площі до площі проекції. Рівняння Венцеля показує, що мікроструктурована поверхня посилює природну тенденцію поверхні. Гідрофобна поверхня (той, що має оригінальний контактний кут більше 90°) стає більш гідрофобною, коли мікроструктурована - її новий кут контакту стає більшим, ніж оригінал. Тим не менш, гідрофільна поверхня (той, що має оригінальний кут контакту менше ніж 90°) стає більш гідрофільною, коли мікроструктурована - її новий кут контакту стане меншим, ніж оригінал. Кассі та Бакстер виявив, що якщо рідину підвішено на вершинах мікроструктур, θ зміниться на & thetas CB *:
соз θ CB * знак дорівнює φ (соз θ + 1) - 1 (\ Displaystyle \ соз (\ тета) _ (\ текст (CB)) * = \ varphi (\ соз \ тета + 1) -1 \, )де φ є частка площі твердої речовини, яка стикається з рідиною. Рідина у стані Кассі-Бакстера більш рухома, ніж у стані Wenzel.
Ми можемо передбачити, чи має держава Венцель або Кассі-Бакстера існують шляхом обчислення нового кута контакту з обох рівнянь. При мінімізації вільної енергії аргументу, ставлення передбачуваного менший новий кут контакту є держава, швидше за все, існує. Викладені в математичних термінах, для держави Кассі-Бакстера існувати, виконується нерівність має бути правдою.
соз θ > φ - 1 р - φ (\ Displaystyle \ \ соз тета> (\ гідророзриву (\ varphi -1) (r- \ varphi)))Недавній альтернативний критерій для держави Кассі-Бакстера стверджує, що стан Кассі-Бакстера існує, якщо виконуються наступні 2 умови: 1) лінії зіткнення сил подолати тіла сили непідтримуваної ваги краплі і 2) Мікроструктура досить високі, щоб запобігти рідині що мости мікроструктур від дотику до основі мікроструктур.
Новий критерій для переключення між Венцеля і Кассі-Бакстера держав була розроблена нещодавно на основі шорсткості поверхні та поверхневої енергії. Критерієм фокусується на здатності повітря для уловлювання при рідких краплях на нерівних поверхнях, які могли б сказати, чи варто використовувати модель Венцель або модель Кассі-Бакстера для певної комбінації шорсткості поверхні та енергії.
Крайовий кутом є мірою статичної гідрофобності, і кут контакту гістерезис та кут ковзання динамічних заходів. Крайовий кут гістерезис є явище, яке характеризує поверхневу неоднорідність. Коли піпетку впорскує рідину на тверду речовину, рідина утворюватиме деякий кут контакту. У міру того, як піпетка впорскує більше рідини, крапля буде збільшуватися в об'ємі, кут контакту зростатиме, але його трифазна межа залишатиметься нерухомою, поки він раптово не просувається назовні. Кут контакту крапельки була безпосередньо перед випередженням назовні, називається наступаючим контактним кутом. Відступаючи кут контакту, тепер вимірюється шляхом відкачування рідини назад з краплі. Крапелька зменшуватиметься в об'ємі, кут контакту зменшуватиметься, але його трифазна межа залишатиметься нерухомою, поки він раптом не відступає всередину. Кут контакту крапельки була безпосередньо перед відступаючи всередину називається кутом контакту, що віддаляється. Різниця між просуванням та при відступі кутів контакту називається кутом контакту гістерезис і може бути використана для характеристики поверхневої неоднорідності, шорсткості та рухливості. Поверхні, які не є однорідними будуть мати домени, які перешкоджають руху лінії зіткнення. Кута ковзання є ще одним заходом динамічної гідрофобності і вимірюється шляхом осадження краплі на поверхню та нахилу поверхні доти, доки крапля починає ковзати. У загальному випадку, рідини в стані Кассі-Бакстер демонструють нижчі кути ковзання і контактний кут гістерезис, ніж ті, в стані Wenzel.
Дослідження та розробка
Dettre та Джонсон виявили в 1964 році, що супергідрофобний ефект лотоса явище було пов'язане з грубими гідрофобними поверхнями, і вони розробили теоретичну модель, засновану на експерименти зі скляними кульками, покритого парафіном або ТФЕ теломером. Самоочищення властивості супергідрофобних мікро- наноструктурованих поверхонь повідомлялися, в 1977 р. Perfluoroalkyl, перфторполіефірі і РФ плазми -formed були розроблені надгідрофобні матеріали, використовувані для електрозмочування і комерціалізації для біомедичних застосувань між 1986 і 1995 ів . Міцне супергідрофобну ієрархічну композицію, наносити в один або два етапи, було розкрито в 2002 році, що містить частинки нано-розміру ≤ 100 нм, накладеної на поверхню, що має мікронного розміру ознаки або частинки ≤ 100 мкм. Більші частинки спостерігали, щоб захистити дрібні частинки від механічного зношування.
У недавньому дослідженні, superhydrophobicity повідомлялося, дозволяючи алкілкетенів димер (АКД) тверднути в наноструктурованих фрактальної поверхні. Багато робіт, так як представлені способи виготовлення для виготовлення супергідрофобних поверхонь, включаючи осадження частинок, методів золь-гель, плазмової обробки, осадження з парової фази, а також технології лиття. Поточні можливості для досліджень впливу полягає, головним чином, у фундаментальних дослідженнях та практичному виробництві. Дебати останнім часом з'явилися щодо застосування моделей Венцеля і Кассі-Бакстера. В експерименті, призначеному для оскарження поверхневої енергії перспективи моделі Венцеля і Кассі-Бакстера і просувати перспективу лінії зіткнення, краплі води були поміщені на гладкій гідрофобній місце в грубій гідрофобній області, грубе гідрофобне місце в гладкій гідрофобній області, і гідрофільне місце в гідрофобній області. Експерименти показали, що хімічний склад поверхневих та геометрія на лінії зіткнення залежать контактний кут і кут контакту гістерезис, але площа поверхні всередині лінії зіткнення не мали жодного ефекту. Аргумент, що збільшення зубчастості в лінії зіткнення підвищує мобільність крапельки також було запропоновано.
Гідрофільні та гідрофобні речовини... і отримав найкращу відповідь
Відповідь від Михайло[гуру]
По відношенню до води всі практично речовини можна поділити на дві групи:
1. Гідрофільні (від грец. "філе" - любити, що мають позитивну спорідненість до води). Ці речовини мають полярну молекулу, що включає електронегативні атоми (кисень, азот, фосфор та ін.). В результаті окремі атоми таких молекул також набувають часткових зарядів і утворюють водневі зв'язки з молекулами води. Приклади цукру, амінокислоти, органічні кислоти.
2. Гідрофобні (від грец. "фобос" - страх, що мають негативну спорідненість до води). Молекули таких речовин неполярні і не поєднуються з полярним розчинником, яким є вода, але добре розчиняються в органічних розчинниках, наприклад, в ефірі, і в жирах. Прикладом можуть бути лінійні та циклічні вуглеводні. у т. ч. бензол а також оксиди, гідроксиди, силікати, сульфати, фосфати, глини і т. д., речовини з полярними групами -ОН, -СООН, -NO2 та ін.
Органічні гідрофільні речовини:
Етилмеркурфосфат (C2H5Hg)3P04 – біла кристалічна речовина, т. пл. 178 °С. Добре розчиняється у воді та гідрофільних органічних розчинниках, гірше – у вуглеводнях та інших гідрофобних розчинниках. З водою дає кристалогідрати, які при нагріванні легко втрачають воду. Безводний препарат при зберіганні у вологій атмосфері утворює кристалогідрат з однією молекулою води (т. пл. 110 ° С).
Феіілмеркуртріетаноламмонійлактат (8) - біла кристалічна речовина, т. пл. 126 °С. Добре розчинний у воді та гідрофільних органічних розчинниках. ЛД50 30 мг/кг.
Гідрофобність (погана змочуваність) мають більшість органічних речовин з вуглеводневими радикалами, метали, напівпровідники і т. д. Гідрофобні речовини служать для захисту виробів від руйнівної дії води.
Відповідь від 2 відповіді[гуру]
Вітання! Ось добірка тем з відповідями на Ваше запитання: Гідрофільні та гідрофобні речовини.
Допоможіть із біологією! Які речовини називаються гідрофільними, гідрофобними? Наведіть приклади. (3-4 пропозиції.)
Вода є чудовим розчинником для полярних речовин, наприклад солей, цукрів, спиртів,
Термін гідрофільність (похідне від давньогрецьких слів «вода» і «любов») є характеристикою інтенсивності взаємодії речовини з водою на молекулярному рівні, тобто здатність матеріалу посилено вбирати вологу, а також високу змочування води поверхнею речовини. Це поняття можна віднести і до твердих тіл, як властивість поверхні, і до окремих іонів, атомів, молекул та їх груп.
Гідрофільність характеризує величина зв'язку адсорбційної молекули води з молекулами речовини, при цьому утворюються сполуки, в яких кількість води розподіляється за значеннями енергії зв'язку.
Гідрофільність властива речовинам, що мають іонні кристалічні грати (гідрокси, оксиди, сульфати, силікати, глини, фосфати, скла та ін), що мають полярні групи -ОН, -NO 2 -СООН, та ін. Гідрофільність та гідрофобність- окремі випадки взаємодії речовин з розчинниками (ліофільність, ліофобність).
Гідрофобність можна розглядати як малий ступінь гідрофільності, тому що дія міжмолекулярних сил тяжіння завжди буде більш-менш присутня між молекулами будь-якого тіла та води. Гідрофільність та гідрофобність можна розрізнити по тому, як розтікається крапля води на тілі з гладкою поверхнею. Крапля розтечеться повністю на гідрофільній поверхні, і частково - на гідрофобній, при цьому на значення кута, що утворюється між поверхнею змочуваного матеріалу і краплі, впливає ступінь гідрофобності даного тіла. Гідрофільні є речовини, в яких сила молекулярних (іонних, атомних) взаємодій досить велика. Гідрофобними є метали, які позбавлені оксидних плівок, органічні сполуки, що мають вуглеводневі групи в молекулі (віски, жири, парафіни, частина пластмас), графіт, сірка та інші речовини, що володіють слабкою взаємодією на міжмолекулярному рівні.
Поняття гідрофільність та гідрофобність застосовуються як по відношенню до тіл та їх поверхонь, так і щодо одиничних молекул або окремих частин молекул. Наприклад, у молекулах поверхневих активних речовин знаходяться полярні (гідрофільні) та вуглеводневі (гідрофобні) сполуки. Гідрофільність поверхневої частини тіла здатна різко змінитись внаслідок адсорбції подібних речовин.
Гідрофілізація називають процес підвищення гідрофільності, а гідрофобізацією - процес її зниження. Ці явища мають велику значущість у косметичній промисловості, у текстильній технології для гідрофілізації тканин (волокон) для покращення якості прання, біління, фарбування тощо.
Гідрофільність у косметиці
Парфумерно-косметичною промисловістю виробляються гідрофільні креми та гелі, які захищають шкіру від забруднень, що не розчиняються водою. У складі таких продуктів знаходяться гідрофільні складові, що утворюють плівку, що запобігає проникненню водонерозчинних забруднюючих речовин у поверхневий шар шкірного покриву.
Гідрофільні креми виготовляються з емульсії, яка стабілізована відповідними емульгаторами або з основою вода-масло-вода, олія-вода. Крім того, до них можна віднести дисперсні колоїдні системи, в яких стабілізовані гідрофільні поверхнево-активні компоненти, які складаються з водно-диспергованих або водно-гліколевих змішаних розчинників жирних вищих кислот або спиртів.
Гідрогелі (гідрофільні гелі) готуються з основ, що складаються з води, змішаного неводного або гідрофільного розчинника (етиловий спирт, пропіленгліколь, гліцерин) та гідрофільного утворювача гелів (похідні целюлози, карбомери).
Гідрофільні властивості кремів та гелів:
· швидко і добре вбираються;
· живлять шкіру;
· Після їх застосування не залишається відчуття жирності;
· Очищають шкіру;
· Зміцнююче впливають на шкіру;
· Знижують дію негативних факторів зовнішнього середовища;
· Допомагають шкірі підтримувати природну здатність до регенерації.
Гідрофільні креми і гелі призначені, щоб захистити шкіру при роботі з маслами, що не змішуються з водою, мазутом, нафтою, фарбами, смолами, графітом, сажею, органічними розчинниками, охолоджувально-мастильними розчинами, будівельною піною та численними іншими слабоагресивними речовинами. Також вони незамінні при ремонті автомобіля, ремонті квартири, при будівництві, на дачі при роботі з добривами та землею.
Компанією «КоролівФарм» здійснюється виробництво різних типів парфумерно-косметичної продукції, у тому числі гідрофільних та гідрофобних кремів. Підприємство є контрактним виробником та здійснює всі стадії виробництва: розробку рецептур, сертифікацію, постановку на виробництво, серійний випуск продукції. Виробничий майданчик оснащений сучасним обладнанням.
Підприємство сертифіковане на відповідність вимогам
ГІДРОФІЛЬНІСТЬ І ГІДРОФОБНІСТЬ (від грец. hydor - вода і philia - любов або phobos - страх, страх * а. wetting ability hydrophoby; н. Hydrophilie und Hydrophobie; ф. hydrophilite et hydrophobie; і. hidrofiliaе речовин або утворених ними тіл до; ця спорідненість зумовлена силами міжмолекулярної взаємодії. Поняття гідрофільність і гідрофобність можуть відноситися однаково до речовини, поверхні тіла і до тонкого шару (у межі - товщиною в одну молекулу) на межі розділу фаз (тіл). Гідрофільність та гідрофобність – окремий випадок ліофільності та ліофобності – характеристик молекулярної взаємодії речовин з різними рідинами.
Загальною мірою гідрофільності є енергія зв'язку молекул води з поверхнею тіла; її можна визначити за теплотою змочування, якщо речовина даного тіла нерозчинна. Гідрофобність розглядають як малий рівень гідрофільності, т.к. між молекулами води та будь-якого тіла завжди діють більшою чи меншою мірою міжмолекулярні сили тяжіння. Гідрофільність та гідрофобність можна оцінити по розтіканню краплі води на гладкій поверхні тіла (рис.); характеризуються крайовим кутом змочування; на гідрофільній поверхні крапля розтікається повністю, на гідрофобній - частково, причому величина кута між поверхнями краплі і тіла, що змочується, залежить від того, наскільки дане тіло гідрофобне.
Гідрофільні всі тіла, у яких інтенсивність молекулярних (атомних, іонних) взаємодій досить велика. Особливо різко виражена гідрофільність з іонними кристалічними гратами (наприклад, та ін), а також силікатного скла. Гідрофобні метали, позбавлені оксидних плівок, органічні сполуки з переважанням вуглеводневих груп у молекулі (наприклад, парафіни, жири, воски, деякі пластмаси) та інші речовини зі слабкою міжмолекулярною взаємодією.
Поняття гідрофільність та гідрофобність застосовні не тільки до тіл або їх поверхонь, але й до одиничних молекул або окремих частин молекул. Так, у молекулах поверхнево-активних речовин розрізняють гідрофільні (полярні) та гідрофобні (вуглеводневі) групи. Гідрофільність поверхні тіла може різко змінюватись внаслідок адсорбції таких речовин. Підвищення гідрофільності називається гідрофілізацією, а зниження - гідрофобізацією. Обидва явища відіграють важливу роль за методом. Гідрофілізація призводить до селективних мінералів порожньої породи. Для цих цілей застосовують органічні (крохмаль, декстрин та ін.) та неорганічні (рідке скло, ціанід натрію тощо) реагенти. Гідрофобізація викликається додаванням спеціальних реагентів-збирачів. Див. також .
Декому в школі пощастило на уроках хімії не лише писати нудні контрольні та обчислювати молярну масу або вказувати валентність, а й дивитися на те, як учитель проводить досліди. Незмінно в рамках експерименту як за помахом чарівної палички рідини в пробірках непередбачено змінювали колір, а ще щось могло вибухнути або гарно згоріти. Мабуть, не такі ефектні, але все одно цікаві досліди, в яких використовуються гідрофільні та гідрофобні речовини. До речі, що це та чим вони цікаві?
Фізичні властивості
На уроках хімії, проходячи черговий елемент з періодичної таблиці, а також всі основні речовини, обов'язково йшлося про їх різні характеристики. У тому числі торкалися їх фізичні властивості: щільність, в нормальних умовах, температура плавлення та кипіння, твердість, колір, електропровідність, теплопровідність та багато інших. Іноді йшлося про такі характеристики, як гідрофобність чи гідрофільність, проте окремо, як правило, про це не говорять. Тим часом, це досить цікава група речовин, з якою легко можна зіткнутися в повсякденному житті. Тож незайвим буде дізнатися про них більше.
Гідрофобні речовини
Приклади легко можна взяти із життя. Так, не можна змішати воду з олією – це відомо всім. Воно просто не розчиняється, а залишається плавати бульбашками чи плівкою на поверхні, оскільки його щільність менша. Але чому так і які ще існують гідрофобні речовини?
Зазвичай до цієї групи відносять жири, деякі білки та силікони. Назва речовин походить від грецьких слів hydor - вода і phobos - страх, але це не означає, що молекули бояться. Просто вони мало чи зовсім нерозчинні, їх ще називають неполярними. Абсолютної гідрофобності не буває, навіть ті речовини, які, здавалося б, зовсім не взаємодіють з водою, адсорбують її, хоч і в нікчемних кількостях. На практиці контакт такого матеріалу з H 2 O виглядає у вигляді плівки або крапельок, або рідина залишається на поверхні і приймає форму кулі, оскільки він має найменшу площу поверхні і забезпечують мінімальний контакт.
Гідрофобні властивості пояснюються тими чи іншими речовинами. Це пов'язано з низьким показником тяжіння як це відбувається, наприклад, з вуглеводнями.
Гідрофільні речовини
Назва цієї групи, як вже нескладно здогадатися, теж походить від грецьких слів. Але в даному випадку друга частина philia - любов, і це чудово характеризує відносини таких речовин з водою - повне "взаєморозуміння" та прекрасна розчинність. У цю групу, іноді звану "полярною", відносяться прості спирти, цукру, амінокислоти і т. д. Відповідно, вони мають такі характеристики, оскільки мають високу енергію тяжіння до молекули води. Строго кажучи, взагалі-то всі речовини є гідрофільними більшою чи меншою мірою.
Амфіфільність
А чи буває так, що гідрофобні речовини можуть одночасно мати гідрофільні властивості? Виявляється, так! Цю групу речовин називають дифільною, або амфіфільною. Виявляється, та сама молекула може мати у своїй структурі як розчинні - полярні, і водоотталкивающие - неполярні елементи. Такими властивостями, наприклад, мають деякі білки, ліпіди, поверхнево-активні речовини, полімери та пептиди. При взаємодії з водою вони утворюють різні надмолекулярні структури: моношари, ліпосоми, міцели, бислойные мембрани, везикули тощо. буд. Полярні групи у своїй виявляються орієнтованими до рідини.
Значення та застосування в житті
Крім взаємодії води та олії, можна знайти чимало підтверджень тому, що гідрофобні речовини зустрічаються чи не повсюдно. Так, чисті поверхні металів, напівпровідників, а також шкіра тварин, листя рослин, хітиновий покрив комах мають подібні властивості.
У природі обидва види речовин мають важливе значення. Так, гідрофіли використовуються в транспорті в організмах тварин і рослин, кінцеві продукти обміну виводяться за допомогою розчинів біологічних рідин. Саме тому подібні властивості відіграють важливу роль у протіканні біологічних процесів.
В останні роки вчені розробляють все нові гідрофобні речовини, за допомогою яких можна захистити різні матеріали від змочування і забруднення, створюючи таким чином навіть поверхні, що самоочищаються. Одяг, металеві вироби, будматеріали, автомобільне скло - сфер застосування безліч. Подальше вивчення цієї теми призведе до розробки мультифобних речовин, які стануть основними для брудовідштовхувальних поверхонь. Створивши подібні матеріали, люди зможуть заощадити час, кошти та ресурси, а також з'явиться можливість знизити рівень засобів для чищення. Тож подальші розробки підуть на користь усім.
