Joku koulussa oli onnekas kemian tunnilla, ei vain kirjoittaessaan tylsiä kokeita ja laskemassa moolimassaa tai osoittamassa valenssia, vaan myös katsomassa, kuinka opettaja tekee kokeita. Poikkeuksetta osana koetta, ikään kuin taianomaisesti, koeputkien nesteet muuttivat väriä arvaamattomasti, ja jokin muu saattoi räjähtää tai palaa kauniisti. Ehkä ei niin näyttäviä, mutta silti mielenkiintoisia kokeita, joissa käytetään hydrofiilisiä ja hydrofobisia aineita. Muuten, mitä ne ovat ja miksi he ovat uteliaita?
Fysikaaliset ominaisuudet
Kemian tunneilla käydessämme läpi jaksollisen taulukon seuraavan elementin sekä kaikki perusaineet, puhuimme välttämättä niiden erilaisista ominaisuuksista. Erityisesti käsiteltiin niiden fysikaalisia ominaisuuksia: tiheys, aggregaatiotila normaaleissa olosuhteissa, sulamis- ja kiehumispisteet, kovuus, väri, sähkönjohtavuus, lämmönjohtavuus ja monet muut. Joskus puhuttiin sellaisista ominaisuuksista kuin hydrofobisuus tai hydrofiilisyys, mutta yleensä he eivät puhu tästä erikseen. Samaan aikaan tämä on melko mielenkiintoinen aineryhmä, joka on helppo kohdata jokapäiväisessä elämässä. Joten se ei ole paikallaanoppii niistä lisää.
Hydrofobiset aineet
Esimerkkejä voi helposti ottaa elämästä. Joten et voi sekoittaa vettä öljyyn - kaikki tietävät tämän. Se ei yksinkertaisesti liukene, vaan jää kellumaan kuplina tai kalvona pinnalla, koska sen tiheys on pienempi. Mutta miksi tämä ja mitä muita hydrofobisia aineita on olemassa?
Yleensä tähän ryhmään kuuluvat rasvat, jotkut proteiinit ja nukleiinihapot sekä silikonit. Aineiden nimi tulee kreikan sanoista hydor - vesi ja fobos - pelko, mutta tämä ei tarkoita, että molekyylit pelkäävät. Ne ovat vain vähän tai täysin liukenemattomia, niitä kutsutaan myös ei-polaariseksi. Absoluuttista hydrofobisuutta ei ole olemassa, edes ne aineet, jotka eivät näytä olevan lainkaan vuorovaikutuksessa veden kanssa, adsorboivat sitä silti, vaikkakin mitättömiä määriä. Käytännössä tällaisen materiaalin kosketus H2O:n kanssa näyttää kalvolta tai pisaroilta tai neste jää pinnalle ja ottaa pallon muodon, koska sillä on pienin pinta-ala ja tarjoaa minimaalisen kosketuksen.
Hydrofobiset ominaisuudet selittyvät tiettyjen aineiden kemiallisella rakenteella. Tämä johtuu alhaisesta vetovoimasta vesimolekyyliin, kuten tapahtuu esimerkiksi hiilivedyillä.
Hydrofiiliset aineet
Tämän ryhmän nimi, kuten saatat arvata, tulee myös kreikan sanoista. Mutta tässä tapauksessa filian toinen osa on rakkaus, ja tämä luonnehtii täydellisesti tällaisten aineiden suhdetta veteen -täydellinen "keskinen ymmärrys" ja erinomainen liukoisuus. Tämä ryhmä, jota joskus kutsutaan "polaariseksi", sisältää yksinkertaiset alkoholit, sokerit, aminohapot jne. Näin ollen niillä on sellaiset ominaisuudet, koska niillä on suuri vetovoima vesimolekyyliin. Tarkkaan ottaen itse asiassa kaikki aineet ovat enemmän tai vähemmän hydrofiilisiä.
Amfifiilisyys
Onko mahdollista, että hydrofobisilla aineilla voi olla samanaikaisesti hydrofiilisiä ominaisuuksia? Osoittautuu kyllä! Tätä aineryhmää kutsutaan difiiliseksi tai amfifiliseksi. Osoittautuu, että samassa molekyylissä voi olla rakenteessa sekä liukoisia - polaarisia että vettä hylkiviä - ei-polaarisia alkuaineita. Tällaisilla ominaisuuksilla on esimerkiksi joitain proteiineja, lipidejä, pinta-aktiivisia aineita, polymeerejä ja peptidejä. Vuorovaikutuksessa veden kanssa ne muodostavat erilaisia supramolekyylirakenteita: yksikerroksia, liposomeja, misellejä, kaksikerroksisia kalvoja, rakkuloita jne. Tässä tapauksessa polaariset ryhmät ovat suuntautuneita nesteeseen.
Merkitys ja sovellus elämässä
Veden ja öljyn vuorovaikutuksen lisäksi on olemassa paljon todisteita siitä, että hydrofobisia aineita löytyy melkein kaikki alta. Joten metallien, puolijohteiden puhtailla pinnoilla, samoin kuin eläinten iholla, kasvien lehdillä, hyönteiskitiinipeitteellä on samanlaiset ominaisuudet.
Luonnossa molemmat aineet ovat tärkeitä. Siten hydrofiilejä käytetään ravinteiden kuljettamiseen eläin- ja kasviorganismeissa, lopputuotteissamyös biologisten nesteiden liuoksia käyttämällä. Ei-polaarisilla aineilla on suuri merkitys selektiivisten solukalvojen muodostuksessa. Siksi tällaisilla ominaisuuksilla on tärkeä rooli biologisten prosessien aikana.
Tieteilijät ovat viime vuosina kehittäneet yhä enemmän uusia hydrofobisia aineita, joilla voidaan suojata erilaisia materiaaleja kostumiselta ja saastumiselta, jolloin saadaan jopa itsepuhdistuvia pintoja. Vaatteet, metallituotteet, rakennusmateriaalit, autolasi - käyttökohteita on monia. Tämän aiheen jatkotutkimus johtaa multifobisten aineiden kehittämiseen, joista tulee likaa hylkivien pintojen perusta. Tällaisia materiaaleja luomalla ihmiset voivat säästää aikaa, rahaa ja resursseja, ja myös puhdistusaineilla voidaan vähentää luonnon saastumista. Joten jatkokehitys hyödyttää kaikkia.
