Гидрофобность

Гидрофо́бность (от др.-греч. ὕδωρ.«вода» + φόβος «боязнь, страх») — характеристика молекул химических веществ, отражающая отсутствие у них склонности к взаимодействию с водной средой. Сами вещества (или фрагменты их молекул), а также образуемые ими поверхности материалов в этом случае называются гидрофо́бными^[1].

Гидрофобность можно определить как «стремление» веществ избежать контакта с

угла смачивания в месте контакта капли с поверхностью; такое поведение воды направлено на уменьшение площади контакта её молекул с гидрофобными молекулами поверхности и увеличение количества взаимодействий между собственными молекулами за счет водородных связей

.

Гидрофобными являются молекулы

масел, жиров и других веществ, молекулы которых содержат углеводородные фрагменты. Гидрофобные материалы используются для удаления розливов нефти и проведения химических процессов разделения полярных и неполярных веществ (экстракция

).

Слово «гидрофобность» иногда используется в качестве синонима к слову «

фторопласты

.

Химические основы

Согласно термодинамике, материя стремится к состоянию с минимальной энергией, а связывание понижает химическую энергию. Молекулы воды поляризованы и способны образовывать между собой водородные связи, чем объясняются многие уникальные свойства воды. В то же время, гидрофобные молекулы не поляризованы и не способны образовывать водородные связи, поэтому вода отталкивает такие молекулы, предпочитая образовывать связи внутри себя. Именно этот эффект определяет гидрофобное взаимодействие, называемое так не совсем корректно, так как его источником является взаимодействие гидрофильных молекул воды между собой ^[3]. Так, две несмешивающиеся фазы (гидрофильная и гидрофобная) будут находиться в таком состоянии, где поверхность их контакта будет минимальной. Данный эффект можно наблюдать при разделении фаз, происходящем, например, при расслоении водно-масляной эмульсии, а также образовании мицелл.

Сверхгидрофобность

Сверхгидрофобные материалы имеют поверхности, чрезвычайно несклонные к смачиванию (с

углом контакта с водой, превышающим 150°). Многие из подобных материалов, обнаруженных в природе, подчиняются закону Кассье и являются двухфазными на субмикронном уровне, причем одним из компонентов является воздух. Эффект лотоса основан на этом принципе. Примером сверхгидрофобного материала-биомиметика в нанотехнологии является нанопин-плёнка^[англ.]. Показано, что поверхность пентоксида ванадия может переключаться между сверхгидрофобностью^[англ.] и сверхгидрофильностью под действием УФ-излучения^[4]. Согласно этому исследованию, любую поверхность можно наделить подобным свойством путём нанесения на неё суспензии розеткообразных частиц V₂O₅, например, с помощью струйного принтера. В этом случае, гидрофобность также вызывается межслойными воздушными полостями, находящимися на расстоянии 2.1 нм. Механизм действия УФ-излучения состоит в создании пар «электрон — дырка», в которых дырки реагируют с атомами кислорода в кристаллической решетке, создавая кислородные вакансии на поверхности, а электроны восстанавливают V⁵⁺ до V³⁺. Кислородные вакансии могут закрываться водой, и такое поглощение воды поверхностью V₂O₅ делает её гидрофильной. При продолжительном пребывании в темноте вода замещается кислородом и гидрофильность

утрачивается.

См. также

Примечания

↑ Яминский В.В. Гидрофобное взаимодействие // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — С. [568] (стб. 1111—1112). — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
↑ Aryeh Ben-Na’im Hydrophobic Interaction Plenum Press, New York (ISBN 0-306-40222-X)
↑ Goss, K. U. and R. P. Schwarzenbach (2003): «Rules of Thumb for Assessing Equilibrium Partitioning of Organic Compounds: Successes and Pitfalls.» JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION 80(4): 450—455. Link to abstract Архивная копия от 5 сентября 2008 на Wayback Machine
doi:10.1021/ja0692579. Архивировано
2 июня 2023 года.

Литература

Чугунов, А. О. Физическая водобоязнь / А. О. Чугунов, А. А. Полянский, Р. Г. Ефремов // Природа. — 2013. — Вып. 1169, № 1. — С. 24—34.

Ссылки

Webtool to calculate and plot the hydrophobicity of proteins. (англ.)

[1] Яминский В.В. Гидрофобное взаимодействие // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — С. [568] (стб. 1111—1112). — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.

[2] Aryeh Ben-Na’im Hydrophobic Interaction Plenum Press, New York (ISBN 0-306-40222-X)

[3] Goss, K. U. and R. P. Schwarzenbach (2003): «Rules of Thumb for Assessing Equilibrium Partitioning of Organic Compounds: Successes and Pitfalls.» JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION 80(4): 450—455. Link to abstract Архивная копия от 5 сентября 2008 на Wayback Machine

[4] :10.1021/ja0692579. Архивировано
2 июня 2023 года.

[1]

[3]

[4]