Հիդրոֆիլ և հիդրոֆոբ նյութեր. Հիդրոֆիլ նյութեր. Հետազոտություն և զարգացում

Դպրոցում որոշ մարդկանց բախտ է վիճակվել քիմիայի դասերին ոչ միայն ձանձրալի թեստեր գրել և հաշվարկել մոլային զանգվածը կամ նշել վալենտությունը, այլև դիտել, թե ինչպես է ուսուցիչը փորձարկումներ անում: Անընդհատ, որպես փորձի մի մաս, կարծես կախարդությամբ, փորձանոթների հեղուկներն անկանխատեսելիորեն փոխեցին գույնը, և մեկ այլ բան կարող էր պայթել կամ գեղեցիկ այրվել: Թերևս ոչ այնքան տպավորիչ, բայց դեռ հետաքրքիր են փորձերը, որոնցում օգտագործվում են հիդրոֆիլ և հիդրոֆոբ նյութեր: Ի դեպ, սա ի՞նչ է և ինչո՞ւ են հետաքրքրվում։

Ֆիզիկական հատկություններ

Քիմիայի դասերին պարբերական աղյուսակի մեկ այլ տարրի, ինչպես նաև բոլոր հիմնական նյութերի միջով անցնելիս մենք միշտ խոսում էինք դրանց տարբեր բնութագրերի մասին։ Անդրադարձ է կատարվել նաև նրանց ֆիզիկական հատկություններին՝ խտությունը նորմալ պայմաններում, հալման և եռման կետերը, կարծրությունը, գույնը, էլեկտրական հաղորդունակությունը, ջերմահաղորդականությունը և շատ ուրիշներ։ Երբեմն խոսվում էր այնպիսի բնութագրերի մասին, ինչպիսիք են հիդրոֆոբությունը կամ հիդրոֆիլությունը, բայց, որպես կանոն, այս մասին առանձին չեն խոսում։ Մինչդեռ սա նյութերի բավականին հետաքրքիր խումբ է, որին հեշտությամբ կարելի է հանդիպել առօրյա կյանքում։ Այսպիսով, օգտակար կլինի ավելին իմանալ դրանց մասին:

Հիդրոֆոբ նյութեր

Օրինակներ կարելի է հեշտությամբ վերցնել կյանքից: Այսպիսով, դուք չեք կարող ջուրը խառնել յուղի հետ, դա բոլորը գիտեն: Այն պարզապես չի լուծվում, բայց մնում է լողացող փուչիկների կամ թաղանթի մեջ մակերեսի վրա, քանի որ դրա խտությունը ավելի ցածր է: Բայց ինչու է սա և ինչ այլ հիդրոֆոբ նյութեր կան:

Այս խումբը սովորաբար ներառում է ճարպեր, որոշ սպիտակուցներ և սիլիկոններ: Նյութերի անվանումն առաջացել է հունարեն hydor՝ ջուր և phobos՝ վախ բառերից, բայց դա չի նշանակում, որ մոլեկուլները վախենում են։ Նրանք պարզապես թեթևակի կամ ամբողջովին անլուծելի են, դրանք կոչվում են նաև ոչ բևեռային: Բացարձակ հիդրոֆոբություն գոյություն չունի, նույնիսկ այն նյութերը, որոնք, թվում է, ընդհանրապես չեն փոխազդում ջրի հետ, այնուամենայնիվ կլանում են այն, թեև աննշան քանակությամբ: Գործնականում նման նյութի շփումը H 2 O-ի հետ հայտնվում է թաղանթի կամ կաթիլների տեսքով, կամ հեղուկը մնում է մակերեսի վրա և ստանում գնդակի ձև, քանի որ այն ունի ամենափոքր մակերեսը և ապահովում է նվազագույն շփում։

Հիդրոֆոբ հատկությունները բացատրվում են որոշակի նյութերով: Դա պայմանավորված է գրավչության ցածր արագությամբ, ինչպես դա տեղի է ունենում, օրինակ, ածխաջրածինների հետ:

Հիդրոֆիլ նյութեր

Այս խմբի անունը, ինչպես կարող եք կռահել, նույնպես գալիս է հունարեն բառերից: Բայց այս դեպքում ֆիլիայի երկրորդ մասը սերն է, և դա հիանալի կերպով բնութագրում է նման նյութերի փոխհարաբերությունները ջրի հետ՝ լիակատար «փոխըմբռնում» և գերազանց լուծելիություն: Այս խումբը, որը երբեմն կոչվում է «բևեռ», ներառում է պարզ սպիրտներ, շաքարներ, ամինաթթուներ և այլն: Համապատասխանաբար, նրանք ունեն այս բնութագրերը, քանի որ ունեն ջրի մոլեկուլին ձգող մեծ էներգիա: Խիստ ասած, ընդհանուր առմամբ, բոլոր նյութերը մեծ կամ փոքր չափով հիդրոֆիլ են։

Ամֆիֆիլիկություն

Արդյո՞ք տեղի է ունենում, որ հիդրոֆոբ նյութերը կարող են միաժամանակ ունենալ հիդրոֆիլ հատկություններ: Պարզվում է՝ այո։ Նյութերի այս խումբը կոչվում է ամֆիֆիլ կամ ամֆիֆիլ: Պարզվում է, որ նույն մոլեկուլն իր կառուցվածքում կարող է ունենալ և՛ լուծվող՝ բևեռային, և՛ ջրակայուն՝ ոչ բևեռային տարրեր։ Օրինակ, որոշ սպիտակուցներ, լիպիդներ, մակերեսային ակտիվ նյութեր, պոլիմերներ և պեպտիդներ ունեն նման հատկություններ: Ջրի հետ շփվելիս նրանք ձևավորում են տարբեր վերմոլեկուլային կառուցվածքներ՝ միաշերտներ, լիպոսոմներ, միցելներ, երկշերտ թաղանթներ, վեզիկուլներ և այլն։ Բևեռային խմբերն ուղղված են դեպի հեղուկը։

Իմաստը և կիրառումը կյանքում

Բացի ջրի և նավթի փոխազդեցությունից, կարելի է գտնել բազմաթիվ ապացույցներ, որ հիդրոֆոբ նյութերը հանդիպում են գրեթե ամենուր։ Այսպիսով, մետաղների, կիսահաղորդիչների, ինչպես նաև կենդանիների մաշկի, բույսերի տերևների և միջատների խիտինային ծածկույթի մաքուր մակերեսները ունեն նմանատիպ հատկություններ։

Բնության մեջ երկու տեսակի նյութերն էլ կարևոր են։ Այսպիսով, հիդրոֆիլները օգտագործվում են կենդանիների և բույսերի օրգանիզմներում տրանսպորտում, նյութափոխանակության վերջնական արտադրանքները նույնպես արտազատվում են կենսաբանական հեղուկների լուծույթներով: Բջջային թաղանթների ձևավորման գործում մեծ նշանակություն ունեն ոչ բևեռային նյութերը, որոնք ունեն: Այդ իսկ պատճառով նման հատկությունները կարևոր դեր են խաղում կենսաբանական գործընթացների ընթացքում:

Վերջին տարիներին գիտնականները մշակել են նոր հիդրոֆոբ նյութեր, որոնք կարող են օգտագործվել տարբեր նյութերը թրջվելուց և աղտոտումից պաշտպանելու համար՝ այդպիսով ստեղծելով նույնիսկ ինքնամաքրվող մակերեսներ: Հագուստ, մետաղական իրեր, շինանյութեր, մեքենայի ապակիներ - կիրառման շատ ոլորտներ կան: Այս թեմայի հետագա ուսումնասիրությունը կհանգեցնի բազմաֆոբ նյութերի զարգացմանը, որոնք հիմք կդառնան բիծակայուն մակերեսների համար: Նման նյութեր ստեղծելով՝ մարդիկ կկարողանան խնայել ժամանակ, գումար և ռեսուրսներ, ինչպես նաև հնարավոր կլինի նվազեցնել մաքրող միջոցների աստիճանը։ Այնպես որ հետագա զարգացումները օգուտ կտան բոլորին։

ՀԻԴՐՈՖԻԼՈՒԹՅՈՒՆ ԵՎ ՀԻԴՐՈՖՈԲԻԿՈՒԹՅՈՒՆ (հունարեն hydor - ջուր և philia - սեր կամ phobos - վախ, վախ * ա. թրջելու ունակություն հիդրոֆոբիա; n. Hydrophilie und Hydrophobie; f. hydrophilie et hydrophobie; i. hidrofilia e hidrofobia) - հասկացություններ կամ նրանց կողմից ձևավորված մարմիններ. այս հարաբերակցությունը պայմանավորված է միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերով: Հիդրոֆիլություն և հիդրոֆոբություն հասկացությունները կարող են հավասարապես կիրառվել նյութի, մարմնի մակերեսի և բարակ շերտի վրա (սահմանում, մեկ մոլեկուլ հաստությամբ) փուլերի (մարմինների) միջերեսում: Հիդրոֆիլությունը և հիդրոֆոբությունը լիոֆիլության և լիոֆոբության հատուկ դեպք են՝ տարբեր հեղուկների հետ նյութերի մոլեկուլային փոխազդեցության բնութագրիչներ:

Հիդրոֆիլության ընդհանուր չափանիշը ջրի մոլեկուլների կապող էներգիան է մարմնի մակերեսին. այն կարող է որոշվել թրջման ջերմությամբ, եթե տվյալ մարմնի նյութը անլուծելի է։ Հիդրոֆոբությունը համարվում է հիդրոֆիլության ցածր աստիճան, քանի որ Ջրի մոլեկուլների և ցանկացած մարմնի միջև ձգողականության միջմոլեկուլային ուժերը միշտ գործում են մեծ կամ փոքր չափով: Հիդրոֆիլությունը և հիդրոֆոբությունը կարելի է գնահատել մարմնի հարթ մակերեսի վրա ջրի կաթիլ տարածելով (նկ.); բնութագրվում է շփման անկյունով; հիդրոֆիլ մակերևույթի վրա կաթիլը տարածվում է ամբողջությամբ, հիդրոֆոբ մակերեսի վրա՝ մասամբ, իսկ կաթիլի և թրջված մարմնի մակերևույթների միջև ընկած անկյունը կախված է նրանից, թե որքան հիդրոֆոբ է մարմինը։

Բոլոր մարմինները, որոնցում մոլեկուլային (ատոմային, իոնային) փոխազդեցությունների ինտենսիվությունը բավականաչափ բարձր է, հիդրոֆիլ են։ Հիդրոֆիլությունը հատկապես արտահայտված է իոնային բյուրեղյա վանդակներով (օրինակ և այլն), ինչպես նաև սիլիկատային ապակիներով։ Մետաղները, որոնցում բացակայում են օքսիդ թաղանթները, օրգանական միացությունները՝ մոլեկուլում ածխաջրածնային խմբերի գերակշռությամբ (օրինակ՝ պարաֆիններ, ճարպեր, մոմեր, որոշ պլաստմասսա) և թույլ միջմոլեկուլային փոխազդեցությամբ այլ նյութեր հիդրոֆոբ են։

Հիդրոֆիլություն և հիդրոֆոբություն հասկացությունները վերաբերում են ոչ միայն մարմիններին կամ դրանց մակերեսին, այլև առանձին մոլեկուլներին կամ մոլեկուլների առանձին մասերին: Այսպիսով, մակերեսային ակտիվ նյութերի մոլեկուլներում առանձնանում են հիդրոֆիլ (բևեռային) և հիդրոֆոբ (ածխաջրածին) խմբեր։ Մարմնի մակերեսի հիդրոֆիլությունը կարող է կտրուկ փոխվել նման նյութերի կլանման արդյունքում։ Հիդրոֆիլության բարձրացումը կոչվում է հիդրոֆիլացում, իսկ նվազումը՝ հիդրոֆոբիզացիա։ Երկու երևույթներն էլ կարևոր դեր են խաղում մեթոդի մեջ։ Հիդրոֆիլիզացիան հանգեցնում է ընտրովի գանգի միներալների: Այդ նպատակների համար օգտագործվում են օրգանական (օսլա, դեքստրին և այլն) և անօրգանական (հեղուկ ապակի, նատրիումի ցիանիդ և այլն) ռեակտիվներ։ Հիդրոֆոբիզացիան առաջանում է հատուկ հավաքող ռեակտիվների ավելացումից: Տես նաեւ .

Բարձրագույն մասնագիտական ​​կրթության պետական ​​ուսումնական հաստատություն

Ռուսաստանի Դաշնության Առողջապահության նախարարություն

(GBOU VPO NSMU Ռուսաստանի Առողջապահության նախարարություն)

Բժշկական քիմիայի ամբիոն

Շարադրություն

ՀԻԴՐՈՖԻԼ, ՋՐԱՖՈԲ, ԱՄՖԻՖԻԼ ՆՅՈՒԹԵՐԸ՝ ԲՆՈՒԹՅԱՆ ԵՎ ՄԱՐԴՈՒ ՄԱՐԴԿՈՒ ՄԱՐՄՈՒՍՈՒՄ։

(գրականության ակնարկ)

Ավարտված:

Ստուգվում:

Ներածություն

Ջուրը Երկրի վրա ամենաառատ նյութերից մեկն է։ Այն ծածկում է երկրագնդի մակերեսի մեծ մասը։ Գրեթե բոլոր կենդանի արարածները հիմնականում կազմված են ջրից։ Մարդկանց մոտ օրգաններում և հյուսվածքներում ջրի պարունակությունը տատանվում է 20%-ից (ոսկրային հյուսվածքում) մինչև 85% (ուղեղում): Մարդու զանգվածի մոտ 2/3-ը ջուր է, մեդուզայի մարմնում մինչև 95% ջուր, նույնիսկ չոր բույսերի սերմերում ջուրը կազմում է 10-12%:

Ջուրն ունի մի քանի յուրահատուկ հատկություններ. Այս հատկություններն այնքան կարևոր են կենդանի օրգանիզմների համար, որ անհնար է պատկերացնել կյանքը առանց ջրածնի և թթվածնի այս միացության։

Ջրի հետ կապված բոլոր նյութերը բաժանվում են երկու խմբի՝ հիդրոֆիլ՝ «սիրող ջուր» և հիդրոֆոբ՝ «ջրից վախենում» (հունարեն «hydro»-ից՝ ջուր, «phileo»՝ սեր և «phobos»՝ վախ)։ Այս նյութերի հատկությունները, ինչպես նաև դրանց նշանակությունը բնության մեջ, կքննարկվեն մեր աշխատանքում:

Հիդրոֆիլ և հիդրոֆոբ նյութեր

Հիդրոֆիլ նյութերը (հունարեն «hydro» - ջուր, «phileo» - սեր) այն նյութերն են, որոնց ջրի մոլեկուլների ներգրավման էներգիան գերազանցում է ջրածնային կապերի էներգիան (ջրի մոլեկուլների միջև ներգրավման էներգիան), հետևաբար շատ հիդրոֆիլ նյութեր ջրի մեջ շատ լուծելի են: .

Հիդրոֆիլ նյութերը ինտենսիվ փոխազդում են ջրի մոլեկուլների հետ։ Հիդրոֆիլությունը բնութագրվում է ջրի մոլեկուլների հետ նյութերի կլանման կապի մեծությամբ, դրանց հետ չճշտված միացությունների առաջացմամբ և ջրի քանակի բաշխմամբ՝ ըստ կապի էներգիայի արժեքների։ Հիդրոֆիլությունը հիմնականում որոշվում է կլանման միաշերտի կապակցման էներգիայով, քանի որ հետագա շերտերը շատ ավելի թույլ են կապված նյութի հետ: Հիդրոֆիլությունը կարող է արտահայտվել ջրի գոլորշիների կլանման ջերմությամբ կամ թրջման ջերմությամբ, ինչպես նաև նյութի միավոր մակերեսը թրջելու աշխատանքով։

Հիդրոֆոբ նյութերը (հունարեն «hydro» - ջուր, «phobos» - վախ) այն նյութերն են, որոնց մոլեկուլների ներգրավման էներգիան դեպի ջրի մոլեկուլներ ավելի քիչ է, քան ջրի մոլեկուլների ջրածնային կապերի էներգիան: Հիդրոֆոբ նյութերը ներառում են ճարպեր, որոշ ածխաջրեր (օսլա, գլիկոգեն, մանրաթել), նուկլեինաթթուներ, ATP և ջրի մեջ չլուծվող սպիտակուցների մեծ մասը:

Չկան բացարձակ հիդրոֆոբ («ջրակայուն») նյութեր. նույնիսկ ամենահիդրոֆոբ՝ ածխաջրածնային և ֆտորածխածնային մակերեսները կլանում են ջուրը: Ուստի հիդրոֆոբությունը համարվում է հիդրոֆիլության ցածր աստիճան։

G.-ն և g.-ն կարող են գնահատվել, ինչպես մակերևույթի խոնավացումը ջրով (օդում), ըստ շփման անկյան q արժեքի՝ հիդրոֆիլ մակերեսների համար:<90° (для абсолютно гидрофильных поверхностей q=0); для гидрофобных поверхностей 90°< <180° (напр., для парафина 105°). На трёхфазной границе твёрдого тела с водой и углеводородной жидкостью при <90° (в водной фазе) поверхность олеофобна, т.е. не смачивается маслом, а при =180° - предельно олеофильна.

Հիդրոֆիլ նյութերը բևեռային քիմիկատներով նյութեր են: կապեր՝ հալոգենիդներ, օքսիդներ և դրանց հիդրատներ, կարբոնատներ, սուլֆատներ, ֆոսֆատներ, սիլիկատներ և ալյումինոսիլիկատներ (կավ, ապակիներ), ինչպես նաև բջջային թաղանթներ։ Մետաղների, ածխածնի, կիսահաղորդիչների մաքուր մակերեսները, թույլ բևեռային մոլեկուլներից կազմված նյութերը, բույսերի տերևները, կենդանիների մաշկը և միջատների խիտինային ծածկույթը հիդրոֆոբ են։ Բոլոր բևեռային խմբերը, որոնք մտնում են մակերևութային ակտիվ նյութերի մոլեկուլների մեջ՝ մակերևութային ակտիվ նյութեր՝ COOH, -NH2, -SO3Na և այլն, հիդրոֆիլ են. դրանց հետ կապված ածխաջրածնային ռադիկալները հիդրոֆոբ են:

Ամֆիֆիլային նյութեր

Ամֆիֆիլիզմը նյութերի (սովորաբար օրգանական) մոլեկուլների հատկությունն է, որոնք ունեն և՛ հիդրոֆիլ, և՛ հիդրոֆոբ հատկություններ։ Ամֆիֆիլային միացությունների մոլեկուլները նման են շերեփուկին. դրանք բաղկացած են երկար ածխաջրածնային պոչից (սովորաբար կազմված են ավելի քան տասը CH2 խմբերից), որոնք ապահովում են լուծելիությունը ոչ բևեռային միջավայրում և բևեռային գլխից, որը պատասխանատու է հիդրոֆիլ հատկությունների համար։ Այսպիսով, ամֆիֆիլային միացությունները միաժամանակ «սիրում են» և՛ ջուրը (այսինքն՝ հիդրոֆիլ են), և՛ ոչ բևեռային լուծիչները (դրանք հիդրոֆոբ հատկություններ են ցուցաբերում):

Կախված հիդրոֆիլ խմբի տեսակից՝ առանձնանում են լիցքավորված կատիոնային կամ անիոնային ֆունկցիոնալ խումբ կրող ամֆիֆիլ միացություններ և չլիցքավորված ֆունկցիոնալ խումբ ունեցող ամֆիֆիլ միացություններ։ Հայտնի օրգանական միացությունների ճնշող մեծամասնությունը կրում է մեկից ավելի լիցքավորված ֆունկցիոնալ խումբ: Նման նյութերի օրինակ են մակրոմոլեկուլային միացությունները՝ սպիտակուցներ, լիպոպրոտեիններ, բլոկային կոպոլիմերներ և այլն։ Սպիտակուցների մոլեկուլներում երրորդային կառուցվածքի առկայությունը, որը ձևավորվել է ֆունկցիոնալ խմբերի (բևեռային կամ ոչ բևեռային) միմյանց հետ ներմոլեկուլային փոխազդեցության արդյունքում, ինքնին ցույց է տալիս այդ միացությունների ամֆիֆիլային բնույթը:

Ամֆիֆիլային միացությունների մեկ այլ օրինակ է դեղերի մեծամասնությունը, որոնց մոլեկուլները միավորում են հատուկ ֆունկցիոնալ խմբերի մի շարք, որոնք անհրաժեշտ են թիրախային ընկալիչին արդյունավետ կապելու համար:

Կենդանի բնության մեջ առանձնահատուկ դեր են խաղում ամֆիֆիլային միացությունները։ Ոչ մի կենդանի կամ բույս ​​չի կարող գոյություն ունենալ առանց նրանց: Հենց ամֆիֆիլային մոլեկուլներն են կազմում բջջային թաղանթը, որը կենդանի օրգանիզմը բաժանում է թշնամական արտաքին միջավայրից։ Հենց այս մոլեկուլներն են կազմում բջջի ներքին օրգանելները, մասնակցում են նրա բաժանման գործընթացին և մասնակցում են նյութերի փոխանակմանը շրջակա միջավայրի հետ։ Ամֆիֆիլային մոլեկուլները մեզ համար ծառայում են որպես սնունդ և ձևավորվում են մեր մարմնում, մասնակցում են ներքին կարգավորմանը և լեղաթթվի ցիկլին: Մեր մարմինը պարունակում է ավելի քան 10% ամֆիֆիլային մոլեկուլներ: Այդ իսկ պատճառով սինթետիկ մակերևութաակտիվ նյութերը կարող են վտանգավոր լինել կենդանի օրգանիզմների համար և, օրինակ, կարող են լուծարել բջջային թաղանթը և հանգեցնել դրա մահվան։

Եզրակացություն

Բնության մեջ երկու տեսակի նյութերն էլ կարևոր են։ Դուք կարող եք գտնել բազմաթիվ ապացույցներ, որ հիդրոֆոբ նյութերը հայտնաբերվել են գրեթե ամենուր: Այսպիսով, մետաղների, կիսահաղորդիչների, ինչպես նաև կենդանիների մաշկի, բույսերի տերևների և միջատների խիտինային ծածկույթի մաքուր մակերեսները ունեն նմանատիպ հատկություններ։ Իր հերթին, հիդրոֆիլները օգտագործվում են կենդանիների և բույսերի մարմիններում սննդանյութերի տեղափոխման համար, նյութափոխանակության վերջնական արտադրանքները նույնպես արտազատվում են կենսաբանական հեղուկների լուծույթներով: Ոչ բևեռային նյութերը մեծ նշանակություն ունեն ընտրովի թափանցելիություն ունեցող բջջային թաղանթների ձևավորման գործում։ Այդ իսկ պատճառով նման հատկությունները կարևոր դեր են խաղում կենսաբանական գործընթացների ընթացքում։ Վերջին տարիներին գիտնականները մշակել են նոր հիդրոֆոբ նյութեր, որոնք կարող են օգտագործվել տարբեր նյութերը թրջվելուց և աղտոտումից պաշտպանելու համար՝ այդպիսով ստեղծելով նույնիսկ ինքնամաքրվող մակերեսներ: Հագուստ, մետաղական իրեր, շինանյութեր, մեքենայի ապակիներ - կիրառման շատ ոլորտներ կան: Այս թեմայի հետագա ուսումնասիրությունը կհանգեցնի բազմաֆոբ նյութերի զարգացմանը, որոնք հիմք կդառնան բիծակայուն մակերեսների համար: Նման նյութեր ստեղծելով մարդիկ կկարողանան խնայել ժամանակ, գումար և ռեսուրսներ, ինչպես նաև հնարավոր կլինի նվազեցնել մաքրող միջոցներից շրջակա միջավայրի աղտոտվածության աստիճանը։ Այնպես որ հետագա զարգացումները օգուտ կտան բոլորին։

Մատենագիտություն

1. http://fb.ru/article/133638/chto-takoe-gidrofobnyie-veschestva

2.http://www.schoolhels.fi/ school/school_today/ dostigeniya/2012_2013/ nanotexnologiya/page6.htm

3.http://pobiology.rf/ Biological-dictionary/G/265-Hydrophobic-substances

Մակերեւույթի վրա ջրի հետ շփման 165 աստիճանի անկյուն՝ փոփոխված պլազմային տեխնոլոգիայի միջոցով Մակերեւութային քիմիայի համակարգ: Շփման անկյունը կարմիր անկյունն է՝ գումարած 90 աստիճան:

Ջուրը կաթում է խոտի հիդրոֆոբ մակերեսին

Ժամկետ հիդրոֆոբգալիս է հին հունարենից՝ ὑδρόφοβος, «ջրի սարսափ ունենալը», որը կառուցված է ὕδωρ՝ «ջուր» և φόβος՝ «վախ» բառերից։

Քիմիական ֆոն

Հիդրոֆոբ փոխազդեցությունը հիմնականում էնտրոպիկ էֆեկտ է, որը առաջանում է ջրի մոլեկուլների միջև բարձր դինամիկ ջրածնային կապերի կոտրումից հեղուկ ոչ բևեռային լուծված նյութի միջոցով, որը ձևավորում է կլատրատի նման կառուցվածք ոչ բևեռային մոլեկուլների շուրջ: Այս կառուցվածքը ձևավորվում է ավելի կարգավորված, քան ազատ ջրի մոլեկուլները, քանի որ ջրի մոլեկուլը դիրքավորվում է, որպեսզի հնարավորինս փոխազդի իր հետ, և այդպիսով հանգեցնում է ավելի բարձր էնտրոպիայի վիճակի, ինչը հանգեցնում է ոչ բևեռային մոլեկուլների հավաքման՝ նվազեցնելու մակերեսի մակերեսը: ջրի նկատմամբ և նվազեցնելով համակարգի էնտրոպիան: Այսպիսով, 2 չխառնվող փուլերը (հիդրոֆիլ ընդդեմ հիդրոֆոբ) կփոխվեն այնպես, որ դրանց համապատասխան միջերեսային տարածքը կլինի նվազագույն: Այս էֆեկտը կարելի է պատկերացնել մի երևույթի մեջ, որը կոչվում է փուլային տարանջատում:

Սուպերհիդրոֆոբություն

Ջրի կաթիլ լոտոսի տերևի բույսի վրա:

Գերհիդրոֆոբմակերեսները, ինչպիսիք են լոտոսի բույսի տերևները, այն մակերեսներն են, որոնք չափազանց դժվար է թրջվել: Ջրի կաթիլների շփման անկյունները գերազանցում են 150°-ը։ Սա կոչվում է լոտոսի էֆեկտ և հիմնականում ֆիզիկական հատկություն է, որը կապված է միջերեսային լարվածության հետ, այլ ոչ թե քիմիական հատկության հետ:

տեսություն

1805 թվականին Թոմաս Յանգը որոշեց շփման անկյունը և թեթասվերլուծելով հեղուկի վրա ազդող ուժերը գազով շրջապատված պինդ մակերևույթի վրա մի կաթիլ վիճակում:

WENZEL-ը պարզել է, որ երբ հեղուկը անմիջական շփման մեջ է միկրոկառուցվածքային մակերեսի հետ, θ կփոխվի θ Վ*

Որտեղ Ռներկայացնում է իրական տարածքի հարաբերակցությունը նախագծված տարածքին: Վենցելի հավասարումը ցույց է տալիս, որ մակերեսի միկրոկառուցվածքը մեծացնում է մակերեսի բնական միտումը: Հիդրոֆոբ մակերեսը (մեկը, որն ունի սկզբնական շփման անկյուն 90°-ից մեծ) դառնում է ավելի հիդրոֆոբ, երբ միկրոկառուցված է. նրա նոր շփման անկյունը դառնում է ավելի մեծ, քան սկզբնականը: Այնուամենայնիվ, հիդրոֆիլ մակերեսը (մեկը, որն ունի սկզբնական շփման անկյունը 90°-ից պակաս) դառնում է ավելի հիդրոֆիլ, երբ միկրոկառուցված է. նրա նոր շփման անկյունը կդառնա սկզբնականից փոքր: Կասին և Բաքսթերը հայտնաբերեցին, որ եթե հեղուկը կախված է միկրոկառուցվածքների վերին մասում, θ կփոխվի և թեթասԿԲ*:

որտեղ φ-ն հեղուկի հետ շփվող պինդ նյութի տարածքի մասնաբաժինն է: Հեղուկը Cassie-Baxter նահանգում ավելի շարժունակ է, քան Վենզելի նահանգում:

Մենք կարող ենք կանխատեսել, թե արդյոք Wenzel կամ Cassie-Baxter վիճակ պետք է գոյություն ունենա՝ հաշվարկելով շփման նոր անկյունը երկու հավասարումներից: Ազատ էներգիայի փաստարկը նվազագույնի հասցնելու դեպքում, նոր կոնտակտային ավելի փոքր անկյան կողմից կանխատեսված հարաբերակցությունը առավել հավանական է, որ գոյություն ունենա: Մաթեմատիկական առումով, որպեսզի Cassie-Baxter վիճակ գոյություն ունենա, անհավասարությունը պետք է ճիշտ լինի:

Cassie-Baxter վիճակի վերջին այլընտրանքային չափանիշը նշում է, որ Cassie-Baxter վիճակը գոյություն ունի, եթե բավարարված են հետևյալ 2 պայմանները. միկրոկառուցվածքը բավականաչափ բարձր է, որպեսզի կանխի միկրոկառուցվածքները կամրջող հեղուկը դիպչել միկրոկառուցվածքի հիմքին:

Վերջերս մշակվել է Wenzel և Cassie-Baxter վիճակների միջև անցման նոր չափանիշ՝ հիմնված մակերեսի կոշտության և մակերևույթի էներգիայի վրա: Չափանիշը կենտրոնանում է օդի ունակության վրա՝ հեղուկ կաթիլները թակարդելու անհավասար մակերեսների վրա, ինչը կարող է ցույց տալ, թե արդյոք Wenzel մոդելը կամ Cassie-Baxter մոդելը պետք է օգտագործվի մակերեսի կոշտության և էներգիայի որոշակի համակցության համար:

Կոնտակտային անկյունը ստատիկ հիդրոֆոբության չափում է, իսկ շփման անկյան հիստերեզը և սահող անկյունը դինամիկ չափումներ են: Կոնտակտային անկյունային հիստերեզը երևույթ է, որը բնութագրում է մակերեսային տարասեռությունը։ Երբ պիպետը հեղուկ է ներարկում պինդ նյութի վրա, հեղուկը կձևավորի շփման որոշակի անկյուն: Քանի որ pipette-ն ավելի շատ հեղուկ է ներարկում, կաթիլը կավելանա ծավալով, շփման անկյունը կաճի, բայց նրա եռաֆազ սահմանը կմնա անշարժ, մինչև այն հանկարծակի շարժվի դեպի դուրս: Կաթիլների շփման անկյունը եղել է անմիջապես դեպի դուրս առաջ գնալուց առաջ, կոչվում է առաջացող շփման անկյուն: Նահանջի շփման անկյունն այժմ չափվում է կաթիլից հեղուկը հետ մղելով: Կաթիլը կնվազի ծավալով, շփման անկյունը կնվազի, բայց նրա եռաֆազ սահմանը կմնա անշարժ, մինչև հանկարծ նահանջի դեպի ներս: Կաթիլների շփման անկյունը եղել է դեպի ներս նահանջելուց անմիջապես առաջ, կոչվում է նահանջի շփման անկյուն: Առաջացող և նահանջող կոնտակտային անկյունների միջև տարբերությունը կոչվում է շփման անկյան հիստերեզ և կարող է օգտագործվել մակերեսի տարասեռությունը, կոշտությունը և շարժունակությունը բնութագրելու համար: Այն մակերեսները, որոնք միատարր չեն, կունենան տիրույթներ, որոնք խոչընդոտում են շփման գծի շարժը: Սահող անկյունը դինամիկ հիդրոֆոբության ևս մեկ չափանիշ է և չափվում է մակերեսի վրա կաթիլ դնելով և մակերեսը թեքելով, մինչև կաթիլը սկսի սահել: Ընդհանուր առմամբ, Cassie-Baxter վիճակում գտնվող հեղուկներն ավելի ցածր սահող անկյուններ և շփման անկյունների հիստերեզ են ցուցաբերում, քան Վենզելի վիճակում:

Հետազոտություն և զարգացում

Դետրեն և Ջոնսոնը 1964 թվականին հայտնաբերեցին, որ լոտոսի գերհիդրոֆոբ էֆեկտը կապված է կոպիտ հիդրոֆոբ մակերեսների հետ, և նրանք տեսական մոդել մշակեցին՝ հիմնված պարաֆինով կամ TFE տելոմերով պատված ապակե ուլունքներով փորձերի վրա: Գերջրաֆոբ միկրո-նանոկառուցվածքային մակերևույթների ինքնամաքրման հատկությունները զեկուցվել են 1977թ.-ին: Պերֆտորալկիլը, պերֆտորոպոլիեթերը և ՌԴ պլազմայից ձևավորված գերջրաֆոբ նյութերը մշակվել են, որոնք օգտագործվել են էլեկտրախոնավացման համար և կոմերցիոնացվել կենսաբժշկական կիրառությունների համար 1986-1995 թվականներին: 1990-ականների կեսերից։ 2002 թվականին բացահայտվել է երկարակյաց գերհիդրոֆոբ հիերարխիկ բաղադրությունը, որը կիրառվել է մեկ կամ երկու քայլով, որը պարունակում է ≤ 100 նմ նանո չափի մասնիկներ, որոնք կիրառվում են միկրոն չափի հատկանիշներով կամ ≤ 100 մկմ մասնիկներ ունեցող մակերեսի վրա: Ավելի մեծ մասնիկներ են նկատվել՝ փոքր մասնիկները մեխանիկական մաշվածությունից պաշտպանելու համար:

Վերջերս կատարված ուսումնասիրության մեջ արձանագրվել է գերհիդրոֆոբություն, որը թույլ է տալիս ալկիլ քետեն դիմերին (AKD) ամրացնել նանոկառուցվածքային ֆրակտալ մակերեսների մեջ: Բազմաթիվ փաստաթղթերում ներկայացված են սուպերհիդրոֆոբ մակերեսներ պատրաստելու պատրաստման մեթոդներ, ներառյալ մասնիկների նստեցումը, սոլ-գել մեթոդները, պլազմայի մշակումը, գոլորշիների նստեցումը և ձուլման տեխնոլոգիաները: Ազդեցության հետազոտության ներկայիս հնարավորությունները հիմնականում հիմնված են հիմնական հետազոտության և գործնական արտադրության մեջ: Վերջերս բանավեճ է ծագել Wenzel և Cassie-Baxter մոդելների կիրառելիության վերաբերյալ: Վենզելի և Կասի-Բաքսթերի մոդելի մակերևութային էներգիայի հեռանկարը վիճարկելու և շփման գծի հեռանկարը խթանելու համար նախատեսված փորձի ժամանակ ջրի կաթիլները տեղադրվեցին հարթ հիդրոֆոբ տեղանքի վրա՝ կոպիտ հիդրոֆոբ շրջանում, կոպիտ հիդրոֆոբ տեղանքում՝ հարթ հիդրոֆոբ շրջանում: և հիդրոֆիլ տեղանք հիդրոֆոբ շրջանում: Փորձերը ցույց տվեցին, որ շփման գծում մակերևույթի քիմիայի և երկրաչափության վրա ազդել են շփման անկյունը և շփման անկյունի հիստերեզը, սակայն շփման գծի ներսում մակերեսի մակերեսը որևէ ազդեցություն չի ունեցել: Առաջարկվել է նաև այն փաստարկը, որ շփման գծում ատամնավորության աճը մեծացնում է կաթիլների շարժունակությունը:

Հիդրոֆիլ նյութեր

Հիդրոֆիլ նյութեր (նյութեր)

Պինդ նյութեր, որոնք ունեն ջրով թրջվելու հատկություն։ Չի թրջվում յուղոտ հեղուկներով։

Համառոտ էլեկտրոնային տեղեկագիրք նավթի և գազի հիմնական տերմինների վերաբերյալ՝ խաչաձև հղումների համակարգով: - Մ.. Ռուսաստանի Նավթի և գազի պետական ​​համալսարանի անվ. I. M. Գուբկինա. Մ.Ա. Մոխովը, Լ.Վ. Իգրևսկին, Է.Ս. Նովիկ. 2004 .

Տեսեք, թե ինչ են «Հիդրոֆիլ նյութերը» այլ բառարաններում.

Հիդրոֆիլ քսուքի հիմքեր- Այս հոդվածի ոճը ոչ հանրագիտարանային է կամ խախտում է ռուսաց լեզվի նորմերը։ Հոդվածը պետք է ուղղել Վիքիպեդիայի ոճական կանոններին համապատասխան։ Հիմնական հոդված՝ Քսուքի հիմքեր Հիդրոֆիլ քսուքի հիմքեր քսուքի հիմքեր, որոնք օգտագործվում են ...

Հիդրոֆիլ- (հիդրո և ֆիլից) «ջրասեր» նյութեր, որոնց մոլեկուլները էլեկտրաբևեռ են և հեշտությամբ միանում են ջրի մոլեկուլներին: Հակառակը հիդրոֆոբ («ջուր ատող») նյութերն են... Ժամանակակից բնական գիտության սկիզբը

Կնքման միջոցներ- բարձր պոլիմերային հիդրոֆիլ նյութեր, որոնք օգտագործվում են հեղուկ սննդարար միջավայրերը խտացնելու համար: Քիմիօրգանոտրոֆների համար նախատեսված լրատվամիջոցներում որպես U.V. օգտագործել ագար (տես) և ժելատին (տես), ավտոտրոֆ օրգանիզմների համար սիլիցիումի գել (տես): Ավելի քիչ...... Մանրէաբանական բառարան

Նյութեր, որոնք կարող են կուտակվել (հաստանալ) երկու մարմինների շփման մակերեսին, որը կոչվում է փուլային միջերես կամ միջերեսային մակերես։ Պ.-ի միջերեսային մակերեսին ա. Վ. ձևավորել ավելացված կոնցենտրացիայի կլանման շերտ... ... Խորհրդային մեծ հանրագիտարան

Մակերեւութային ակտիվ նյութեր (մակերևութային ակտիվ նյութեր)- նյութեր, որոնք կարող են կլանվել միջերեսում և առաջացնել մակերևութային (միջերեսային) լարվածության նվազում: Տիպիկ մակերևութային ակտիվ նյութերը օրգանական միացություններ են, որոնց մոլեկուլները պարունակում են լիոֆիլ և լիոֆոբ (սովորաբար հիդրոֆիլ և... ... Մետալուրգիայի հանրագիտարանային բառարան

Մակերեւութային ակտիվ նյութեր- (a. surfactants; n. grenzflachenaktive Stoffe, oberflachenaktive Stoffe; f. նյութեր tensio actives; i. surfac tantes), ասիմետրիկ մոլով նյութեր: կառուցվածքը, որի մոլեկուլներն ունեն երկփայլ կառուցվածք, այսինքն. պարունակում է լիոֆիլ և... Երկրաբանական հանրագիտարան

մակերեսային ակտիվ նյութեր- Մակերեւութային ակտիվ նյութեր, որոնք կարող են ներծծվել միջերեսում և առաջացնել մակերեսի մակերեսի նվազում: (միջերեսային) լարվածություն. Տիպիկ մակերևութային ակտիվ նյութերը օրգանական են: միացություններ, որոնց մոլեկուլները պարունակում են լիոֆիլ և լիոֆոբ (սովորաբար հիդրոֆիլ և հիդրոֆոբ)... Տեխնիկական թարգմանչի ուղեցույց

Մակերեւութային ակտիվ նյութերի տեսակներ Ասիմետրիկ մոլեկուլային կառուցվածք ունեցող նյութեր, որոնց մոլեկուլներն ունեն երկֆիլային կառուցվածք, այսինքն՝ պարունակում են լիոֆիլ և լիոֆոբ (սովորաբար հիդրոֆիլ բևեռային խմբեր և հիդրոֆոբ ռադիկալներ) ատոմային խմբեր։ Դիֆիլիկ...... Նավթի և գազի միկրոհանրագիտարան

Բջջային թաղանթներ- Այս տերմինն այլ իմաստներ ունի, տես թաղանթ Բջջաթաղանթի նկարը: Կապույտ և սպիտակ փոքրիկ գնդիկները համապատասխանում են լիպիդների հիդրոֆիլ «գլուխներին», իսկ դրանց կցված գծերը՝ հիդրոֆոբ «պոչերին»։ Նկարում... ... Վիքիպեդիա

Ընտրովի թափանցելիություն- Այս տերմինն այլ իմաստներ ունի, տես թաղանթ Բջջաթաղանթի նկարը: Կապույտ և սպիտակ փոքրիկ գնդիկները համապատասխանում են լիպիդների հիդրոֆիլ «գլուխներին», իսկ դրանց կցված գծերը՝ հիդրոֆոբ «պոչերին»։ Նկարը ցույց է տալիս... ... Վիքիպեդիա