165 градусов угол контакта с водой на поверхности модифицированной с помощью плазменной технологии Система поверхностной химии. Угол контакта красный угол плюс 90 градусов.
Капли воды на гидрофобной поверхности травы
Термин гидрофобные происходит от древнегреческого ὑδρόφοβος, «имея ужас воды», построенный из ὕδωρ, «воды», и φόβος, «страха».
Химический фон
Гидрофобное взаимодействие является главным образом энтропийным эффектом, происходящим из разрушения высоко динамических водородных связей между молекулами воды с помощью жидкой неполярного растворенного вещества, образующего клатрат -подобной структуры вокруг неполярных молекул. Эта структура формируется более высоко упорядоченная, чем свободные молекулы воды из - за молекулы воды расположения себя, чтобы взаимодействовать как можно больше с собой, и, таким образом, приводит к более высокому энтропийному состоянию, которое вызывает неполярные молекулы группироваться вместе, чтобы уменьшить площадь поверхности, обнаженную к воде и уменьшение энтропии системы. Таким образом, 2 несмешивающихся фазы (гидрофильные по сравнению с гидрофобным) будут изменяться таким образом, что их соответствующая площадь поверхности раздела будет минимальной. Этот эффект может быть визуализированы в явление называется фазовым разделением.
Superhydrophobicity
Капля воды на завод листьев лотоса.
Супергидрофобных поверхности, такие как листья растения лотоса, являются те, которые являются чрезвычайно трудно смачивать. В углах смачивания капли воды превышает 150 °. Это упоминается как эффект лотоса , и это прежде всего физическое свойство связано с межфазного натяжения , а не химического свойства.
теория
В 1805 году Томас Юнг определил угол контакта & thetas путем анализа сил, действующих на жидкости покоя капли на твердой поверхности, окруженной газом.
ВЕНЗЕЛЬ установлено, что, когда жидкость находится в непосредственном контакте с поверхностью микроструктурной, θ изменится на θ W *
соз θ W * знак равно р соз θ {\ Displaystyle \ соз {\ тета} _ {W} * = г \ соз {\ тета} \,}где R представляет собой отношение фактической площади к площади проекции. Уравнение Венцеля показывает, что микроструктурировани поверхности усиливает естественную тенденцию поверхности. Гидрофобная поверхность (тот, который имеет оригинальный контактный угол больше 90 °) становится более гидрофобным, когда микроструктурированный - ее новый угол контакта становится больше, чем оригинал. Тем не менее, гидрофильная поверхность (тот, который имеет оригинальный угол контакта меньше чем 90 °) становится более гидрофильным, когда микроструктурированный - ее новый угол контакта станет меньше, чем оригинал. Касси и Бакстер обнаружил, что если жидкость подвешен на вершинах микроструктур, θ изменится на & thetas CB * :
соз θ CB * знак равно φ (соз θ + 1) - 1 {\ Displaystyle \ соз {\ тета} _ {\ текст {CB}} * = \ varphi (\ соз \ тета + 1) -1 \,}где φ является доля площади твердого вещества, которая соприкасается с жидкостью. Жидкость в состоянии Касси-Бакстера более подвижна, чем в состоянии Wenzel.
Мы можем предсказать, должно ли государство Венцель или Касси-Бакстера существуют путем вычисления нового угла контакта с обоих уравнений. При минимизации свободной энергии аргумента, отношение предсказанного меньший новый угол контакта является государство, скорее всего, существует. Изложенные в математических терминах, для государства Касси-Бакстера существовать, выполняется неравенство должно быть правдой.
соз θ > φ - 1 р - φ {\ Displaystyle \ \ соз тета> {\ гидроразрыва {\ varphi -1} {r- \ varphi}}}Недавний альтернативный критерий для государства Касси-Бакстера утверждает, что состояние Касси-Бакстера существует, если выполняются следующие 2 условия: 1) линии соприкосновения сил преодолеть тела силы неподдерживаемый веса капли и 2) Микроструктура достаточно высоки, чтобы предотвратить жидкость что мосты микроструктур от прикосновения к базе микроструктур.
Новый критерий для переключения между Венцеля и Касси-Бакстера государств была разработана недавно на основе шероховатости поверхности и поверхностной энергии. Критерием фокусируется на способности воздуха для улавливания при жидких капель на неровных поверхностях, которые могли бы сказать, следует ли использовать модель Венцель или модель Касси-Бакстера для определенной комбинации шероховатости поверхности и энергии.
Краевой углом является мерой статической гидрофобности, и угол контакта гистерезис и угол скольжения динамических мер. Краевой угол гистерезис представляет собой явление, которое характеризует поверхностную неоднородность. Когда пипетку впрыскивает жидкость на твердое вещество, жидкость будет образовывать некоторый угол контакта. По мере того как пипетка впрыскивает больше жидкости, капля будет увеличиваться в объеме, угол контакта будет возрастать, но его трехфазная граница будет оставаться неподвижной, пока он внезапно не продвигается наружу. Угол контакта капельки была непосредственно перед опережением наружу, называется наступающим контактный углом. Отступая угол контакта теперь измеряется путем откачки жидкости обратно из капли. Капелька будет уменьшаться в объеме, угол контакта будет уменьшаться, но его трехфазная граница будет оставаться неподвижной, пока он вдруг не отступает внутрь. Угол контакта капельки была непосредственно перед отступая внутрь называется удаляющимся углом контакта. Разница между продвижением и при отступлении углов контакта называется углом контакта гистерезис и может быть использована для характеристики поверхностной неоднородности, шероховатости и подвижности. Поверхности, которые не являются однородными будут иметь домены, которые препятствуют движению линии соприкосновения. Угла скольжения является еще одной мерой динамической гидрофобности и измеряется путем осаждения капли на поверхность и наклона поверхности до тех пор, пока капля начинает скользить. В общем случае, жидкости в состоянии Касси-Бакстера демонстрируют более низкие углы скольжения и контактный угол гистерезис, чем те, в состоянии Wenzel.
Исследование и разработка
Dettre и Джонсон обнаружили в 1964 году, что супергидрофобный эффект лотоса явление было связанно с грубыми гидрофобными поверхностями, и они разработали теоретическую модель, основанную на эксперименты со стеклянными шариками, покрытого парафином или ТФЭ теломером. Самоочистки свойства супергидрофобных микро- наноструктурированных поверхностей сообщались, в 1977 г. Perfluoroalkyl, перфторполиэфире и РФ плазмы -formed были разработаны сверхгидрофобные материалы, используемые для электросмачивания и коммерциализации для биомедицинских применений между 1986 и 1995 Другими технологиями и приложениями имеют появились с середины 1990 - х годов. Прочное супергидрофобными иерархическую композицию, наносить в один или два этапа, был раскрыт в 2002 году, содержащий частицы нано-размера ≤ 100 нм, наложенной на поверхность, имеющую микронного размера признаки или частицы ≤ 100 мкм. Более крупные частицы наблюдали, чтобы защитить мелкие частицы от механического износа.
В недавнем исследовании, superhydrophobicity сообщалось, позволяя алкилкетенов димер (АКД) затвердевать в наноструктурированных фрактальной поверхности. Много работ, так как представлены способы изготовления для изготовления супергидрофобные поверхностей, включая осаждение частиц, методов золь-гель, плазменной обработки, осаждения из паровой фазы, а также технологии литья. Текущие возможности для исследований влияния заключается, главным образом, в фундаментальных исследованиях и практическом производстве. Дебаты в последнее время появились относительно применимости моделей Венцеля и Касси-Бакстера. В эксперименте, предназначенном для оспаривания поверхностной энергии перспективы модели Венцеля и Касси-Бакстера и продвигать перспективу линии соприкосновения, капли воды были помещены на гладкой гидрофобной место в грубом гидрофобной области, грубое гидрофобный место в гладкой гидрофобной области, и гидрофильное место в гидрофобной области. Эксперименты показали, что химический состав поверхностных и геометрия на линии соприкосновения зависят контактный угол и угол контакта гистерезис, но площадь поверхности внутри линии соприкосновения не имели никакого эффекта. Аргумент, что увеличение зубчатости в линии соприкосновения повышает мобильность капельки также была предложена.
| 1. Строение молекулы воды. | ||
|
Вода имеет полярную молекулу. Кислород как более
электроотрицательный атом оттягивает на себя общую с атомом
водорода электронную плотность к себе и потому несет частичный
отрицательный заряд; атомы водорода, от которых электронная
плотность смещена, несут частичный положительный заряд. Таким
образом, молекула воды представляет собой
диполь
,
т.е. имеет положительно и отрицательно заряженные участки. (Модель справа объемная, ее можно вращать при помощи нажатой левой кнопки мыши.) |
|
2. Водородные связи.
3. Вода как растворитель. |
alt="Your browser understands the |
По отношению к воде все практически вещества можно разделить на две группы:
1. Гидрофильные
(от греч. "филео" - любить,
имеющие положительное сродство к
воде
). Эти вещества
имеют полярную молекулу, включающую
электроотрицательные атомы (кислород,
азот, фосфор и др.). В результате
отдельные атомы таких молекул также
обретают частичные заряды и образуют
водородные связи с молекулами воды.
Примеры: сахара, аминокислоты,
органические кислоты
.
2. Гидрофобные
(от греч. "фобос" - страх,
имеющие отрицательное сродство к
воде
). Молекулы таких
веществ неполярны и не смешиваются с
полярным растворителем, каковым
является вода, но хорошо растворимы
в органических растворителях,
например, в эфире, и в жирах.
Примером могут служить линейные и
циклические углеводороды
. в т.ч.
бензол
.
|
Вопрос 2. Рассмотрите внимательно две молекулы справа. Как Вы думаете, какая из этих молекул гидрофильная, а какая - гидрофобная? Почему Вы так думаете? Не узнали ли Вы - что это за вещества? Среди органических веществ встречаются также соединения, одна часть молекулы которых неполярна и проявляет гидрофобные свойства, а другая - полярна и, следовательно, гидрофильна. |
alt="Your browser understands the | alt="Your browser understands the | ||
| Такие вещества
называются амфипатическими
. Молекула фосфотидилсерина (одного из фосфолипидов плазматической мембраны клеток, справа) может служить примером амфипатических соединений. Вопрос 3.
Рассмотрите
внимательно эту молекулу. Как Вы думаете, какая из ее частей
гидрофильная, а какая - гидрофобная? Расположите молекулу так,
чтобы это было максимально наглядно, создайте графический файл и
в нем обозначьте гидрофильный и гидрофобный участки молекулы.
4. Вода как растворитель в живых организмах.
|
alt="Your browser understands the |
Кроме того, со свойством воды как растворителя прямо связана транспортная функция внутренних жидкостей как у многоклеточных животных (кровь, лимфа, гемолимфа, целомическая жидкость), так и у многоклеточных растений.
5. Вода как реагент.
Важное значение воды связано также с ее химическими свойствами - как
обычного вещества, вступающего в химические реакции с другими
веществами. Наиболее важными являются расщепление воды под действием
света (фотолиз
) в световой фазе
фотосинтеза
, участие воды как необходимого реагента в
реакциях расщепления сложных биополимеров (такие реакции не случайно
называются реакциями гидролиза
).
И, наоборот, при реакциях образования биополимеров, полимеризации,
происходит выделение воды.
Вопрос 4.
Какую неточность в
последней фразе исправил бы химик?
Гидрофильные вещества
Hydrophilic matters (substances)
Твердые вещества, обладающие свойством смачиваться водой. Не смачиваются маслянистыми жидкостями.
Краткий электронный справочник по основным нефтегазовым терминам с системой перекрестных ссылок. - М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина . М.А. Мохов, Л.В. Игревский, Е.С. Новик . 2004 .
Смотреть что такое "Гидрофильные вещества" в других словарях:
Гидрофильные мазевые основы - Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Основная статья: Мазевые основы Гидрофильные мазевые основы мазевые основы, применяемые для… … Википедия
Гидрофильные - (от гидро и фил) «любящие воду» вещества, молекулы которых электрополярны и легко соединяются с молекулами воды. Противоположность гидрофобные («не любящие воду») вещества … Начала современного естествознания
Уплотняющие вещества - высокополимерные гидрофильные вещества, используемые для уплотнения жидких питательных сред. В средах для хемоорганотрофов в качестве У.в. используют агар (см.) и желатину (см.), для аутотрофных организмов силикагелъ(см.). Меньшее… … Словарь микробиологии
Вещества, способные накапливаться (сгущаться) на поверхности соприкосновения двух тел, называемой поверхностью раздела фаз, или межфазной поверхностью. На межфазной поверхности П. а. в. образуют слой повышенной концентрации адсорбционный… … Большая советская энциклопедия
поверхностно-активные вещества (ПАВ) - вещества, способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз и вызывать снижение поверхностного (межфазного) натяжения. Типичные ПАВ органические соединения, молекулы которых содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и… … Энциклопедический словарь по металлургии
Поверхностно-активные вещества - (a. surfactants; н. grenzflachenaktive Stoffe, oberflachenaktive Stoffe; ф. substances tensio actives; и. surfac tantes), вещества c асимметричной мол. структурой, молекулы к рых имеют дифильное строение, т.e. содержат лиофильные и… … Геологическая энциклопедия
поверхностно-активные вещества - ПАВ Вещ ва, способные адсорбироваться на поверхности раздела фаз и вызывать снижение поверхн. (межфазного) натяжения. Типичные ПАВ — органич. соединения, молекулы к рых содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) ат … Справочник технического переводчика
Surfactant species Вещества с асимметричной молекулярной структурой, молекулы которых имеют дифильное строение, т. е. содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные полярные группы и гидрофобные радикалы) атомные группы. Дифильная… … Нефтегазовая микроэнциклопедия
Клеточные мембраны - У этого термина существуют и другие значения, см. Мембрана Изображение клеточной мембраны. Маленькие голубые и белые шарики соответствуют гидрофильным «головкам» липидов, а присоединённые к ним линии гидрофобным «хвостам». На рисунке… … Википедия
Избирательная проницаемость - У этого термина существуют и другие значения, см. Мембрана Изображение клеточной мембраны. Маленькие голубые и белые шарики соответствуют гидрофильным «головкам» липидов, а присоединённые к ним линии гидрофобным «хвостам». На рисунке показаны… … Википедия
Термин гидрофильность (производное от древнегреческих слов «вода» и «любовь») является характеристикой интенсивности взаимодействия вещества с водой на молекулярном уровне, то есть способность материала усиленно впитывать влагу, а также высокой смачиваемости воды поверхностью вещества. Это понятие можно отнести и к твёрдым телам, как свойство поверхности, и к отдельным ионам, атомам, молекулам и их группам.
Гидрофильность характеризует величина связи адсорбционной молекул воды с молекулами вещества, при этом образуются соединения, в которых количество воды распределяется по значениям энергии связи.
Гидрофильность присуща веществам, имеющим ионные кристаллические решётки (гидроксиды, оксиды, сульфаты, силикаты, глины, фосфаты, стёкла и пр.), имеющим полярные группы -ОН, -NO 2 , -СООН, и др. Гидрофильность и гидрофобность - частные случаи взаимодействия веществ с растворителями (лиофильность, лиофобность).
Гидрофобность можно рассматривать в качестве малой степени гидрофильности, потому что действие межмолекулярных сил притяжения всегда будет более или менее присутствовать между молекулами любого тела и воды. Гидрофильность и гидрофобность можно различить по тому, как растекается капля воды на теле с гладкой поверхностью. Капля растечется полностью на поверхности гидрофильной, и частично - на гидрофобной, при этом на значение угла, образующегося между поверхностью смачиваемого материала и капли, влияет степень гидрофобности данного тела. Гидрофильными являются вещества, в которых сила молекулярных (ионных, атомных) взаимодействий довольно большая. Гидрофобными являются металлы, которые лишены оксидных плёнок, соединения органические, имеющие углеводородные группы в молекуле (воски, жиры, парафины, часть пластмасс), графит, сера и прочие вещества, обладающие слабым взаимодействием на межмолекулярном уровне.
Понятия гидрофильность и гидрофобность применяются как по отношению к телам и их поверхностям, так и относительно единичных молекул или отдельных частей молекул. Например, в молекулах поверхностных активных веществ находятся полярные (гидрофильные) и углеводородные (гидрофобные) соединения. Гидрофильность поверхностной части тела способна резко поменяться вследствие адсорбции подобных веществ.
Гидрофилизацией называют процесс повышения гидрофильности, а гидрофобизацией – процесс ее понижения. Эти явления имеют большую значимость в косметической промышленности, в текстильной технологии для гидрофилизации тканей (волокон) для улучшения качества стирки, беления, крашения и т.д.
Гидрофильность в косметике
Парфюмерно-косметической промышленностью производятся гидрофильные кремы и гели , которые защищают кожу от загрязнений, не растворяемых водой. В составе таких продуктов находятся гидрофильные составляющие, образующие пленку, предотвращающую проникновение водонерастворимых загрязняющих веществ в поверхностный слой кожного покрова.
Гидрофильные кремы производятся из эмульсии, которая стабилизирована подходящими эмульгаторами или с основой вода-масло-вода, масло-вода. Кроме того, к ним можно отнести дисперсные коллоидные системы, в которых стабилизированы гидрофильные поверхностно-активные компоненты, и состоящие из водно-диспергированных или водно-гликолевых смешанных растворителей жирных высших кислот или спиртов.
Гидрогели (гидрофильные гели) готовятся из основ, состоящих из воды, смешанного неводного или гидрофильного растворителя (этиловый спирт, пропиленгликоль, глицерин) и гидрофильного образователя гелей (производные целлюлозы, карбомеры).
Гидрофильные свойства кремов и гелей:
· быстро и хорошо впитываются;
· питают кожу;
· после их применения не остается ощущение жирности;
· очищают кожу;
· укрепляюще воздействуют на кожу;
· снижают действие отрицательных факторов внешней среды;
· помогают коже поддерживать естественную способность к регенерации.
Гидрофильные кремы и гели предназначены, чтобы защитить кожу при работе с несмешивающимися с водой маслами, мазутом, нефтью, красками, смолами, графитом, сажей, органическими растворителями, охлаждающе-смазочными растворами, строительной пеной и многочисленными иными слабоагрессивными веществами. Также они незаменимы при починке автомобиля, ремонте квартиры, при строительстве, на даче при работе с удобрениями и землей.
Компанией «КоролёвФарм» осуществляется производство различных типов парфюмерно-косметической продукции , в том числе гидрофильных и гидрофобных кремов. Предприятие является контрактным производителем и осуществляет все стадии производства: разработку рецептур, сертификацию, постановку на производство, серийный выпуск продукции. Производственная площадка оснащена современным оборудованием.
Предприятие сертифицировано на соответствие требованиям
Гидроф о́бность (греч. ὕδωρ - гидро, вода и φόβος - фобос, боязнь ) — способность поверхности вещества не смачиваться с водой. Вода на поверхности гидрофобного вещества собирается в капли, которые не проникают внутрь.
Физика гидрофобности
Физико-химическая природа гидрофобности связана с фундаментальными термодинамическими законами, в частности стремлением системы достигнуть минимума энергии за счет выделения энергии в окружающую среду. Большинству людей не интересны такие сложные вещи, поэтому, как упрощение появилось понятие гидрофобных сил (хотя физически таких сил не существует).
Практически для создания гидрофобных поверхностей используются неполярные молекулы, которые как бы «отталкивают» воду. Аналогичный процесс можно наблюдать, когда капля жидкого масла попадает в воду.
В настоящее время явление сверхгидрофобности используется во многих нанотехнологических системах.
Гидрофобность и строительные материалы
Гидрофобность является полезным качеством для некоторых строительных материалов (цемента, пленок), препятствуя проникновению воды. Часто теплоизоляционные материалы, например, минеральную вату, пропитывают специальными веществами, создающими гидрофобную микропленку.
Надежность гидрофобного слоя
Контакты с большинством растворителей и масел могут приводить к потере гидрофобности. Также она теряется при загрязнении материала. После потери гидрофобности поверхность становятся водопроницаемой.
Не нужно путать гидрофобность и водонепроницаемость. Например, полиэтилен является водонепроницаемым, поэтому пленка из него, даже смоченная спиртом или сильно загрязненная (но без дырок), не будет пропускать воду. Гидроизоляционная пленка, основанная на гидрофобности поверхностного слоя и свободно пропускающая воздух, будет служить только до тех пор, пока внешний слой не потеряет гидрофобность, например, от микрочастиц пыли.
Загрузка...
