Гидрофильность и гидрофобность характеризуют молекулярное взаимодействие веществ с различными жидкостями.
Энергия связи молекул воды с поверхностью тела - общая мера гидрофильности и гидрофобности, поскольку между молекулами воды и любого тела всегда действуют в большей или меньшей степени межмолекулярные силы притяжения.
Гидрофобность/гидрофильность материалов/поверхностей можно измерить, определив угловое контактное взаимодействие:
Это угол (θ), измеренный в жидкости, где граница раздела жидкость/воздух соприкасается с твердой поверхностью.
Чем больше угол смачивания, тем более гидрофобной является поверхность и тем больше капель воды на ней образуется.
Повышение гидрофильности - это гидрофилизация, понижение гидрофильности - гидрофобизация.
Что такое гидрофобность?
Гидрофобные молекулы неполярны и содержат длинные цепочки атомов углерода и водорода.При попадании в воду гидрофобные вещества, как правило, образуют скопления или агрегаты, избегая прямого контакта с молекулами воды.
Такое поведение обусловлено тем, что вода - это полярная молекула с частичным положительным зарядом на атомах водорода и частичным отрицательным зарядом на атоме кислорода.
Гидрофобные взаимодействия особенно важны при формировании клеточных мембран, поскольку они помогают создавать гидрофобные барьеры, разделяющие клеточные компартменты и поддерживающие целостность клетки.
На гидрофобной поверхности вода растекается частично, а величина угла между поверхностями капли и смачиваемого тела зависит от того, насколько данное тело гидрофобно.
Гидрофобные поверхности отталкивают воду, из-за чего она собирается в капли.
Листья лотоса невероятно гидрофобны и заставляют воду собираться в шарики из-за своей структуры.
Этот эффект настолько выражен, что его часто называют «ультрагидрофобным» и «эффектом лотоса».
Что такое гидрофильность?
Гидрофильные молекулы обладают сильным сродством к молекулам воды.Это сродство обусловлено силами межмолекулярного взаимодействия.
Эти вещества легко взаимодействуют с водой и растворяются в ней благодаря своей полярной или заряженной природе.
Эта характеристика важна для различных биологических процессов, поскольку многим клеточным структурам и молекулам для нормального функционирования требуется вода.
По гидрофильным поверхностям вода растекается без образования краевого угла смачивания.
Примерами гидрофильных веществ являются соль, сахар и некоторые белки.
Мерой гидрофильности может служить энергия связи молекул воды с поверхностью тела.
Гидрофобные вещества, напротив, отталкивают воду и, как правило, являются неполярными или незаряженными, что ограничивает их растворимость в воде.
Различие между гидрофобными и гидрофильными веществами:
- гидрофобные вещества:
- отталкивают воду, не растворяются и не смешиваются с водой,
- это неполярные вещества, которые не смешиваются с водой и стремятся образовывать скопления, чтобы избежать контакта с водой;
- гидрофильные вещества:
- притягиваются к воде, легко растворяются и диспергируются в ней;
- обычно являются полярными или имеют заряженные участки, которые благоприятно взаимодействуют с молекулами воды.
Различия между Гидрофобными и гидрофильными веществами
| Характеристика | Гидрофобное | Гидрофильное |
|---|---|---|
| Взаимодействие с водой | Отталкивает воду | Привлекает вода |
| Полярность | Неполярное | Полярное |
| Растворимость в воде | Не растворяется в воде | Легко растворяется в воде |
| Растворимость в липидах | Растворимо в липидах | Нерастворимо в липидах |
| Пример | Жиры, масла, воски | Сахара, соли, аминокислоты |
| Молекулярная структура | Часто состоит из длинных углеводородных цепочек | Часто содержит полярные функциональные группы |
| Расположение в ячейках | Находится внутри клеточных мембран | Обнаруживается на внешней поверхности клеточных мембран |
| Связывание водорода с водой | Слабая водородная связь с водой или ее отсутствие | Сильная водородная связь с водой |
| Влияние на поверхностное натяжение воды | Уменьшает поверхностное натяжение воды | Увеличивает поверхностное натяжение воды |
