Vettä hylkivä ominaisuus
Hydrofobisuus ( toisesta kreikasta ὕδωρ . "vesi" + φόβος "pelko, pelko") - ominaisuus hylkiä vettä, molekyylin fyysinen ominaisuus , "halu" välttää kosketusta veden kanssa [1] . Itse molekyyliä kutsutaan tässä tapauksessa hydrofobiseksi .
Hydrofobiset molekyylit ovat yleensä ei-polaarisia ja "mieluummin" ovat muiden neutraalien molekyylien ja ei-polaaristen liuottimien joukossa . Siksi vesi hydrofobisella pinnalla, jolla on suuri kosketuskulma α , kerääntyy pisaroiksi. Ja kun hydrofobisia nesteitä lisätään veteen, niiden tiheydestä riippuen ne kerätään eristettyihin hyytymiin tai jakautuvat veden pinnalle, kuten tapahtuu öljyn kanssa.
Alkaanien , öljyjen , rasvojen ja muiden vastaavien materiaalien molekyylit ovat hydrofobisia. Hydrofobisia materiaaleja käytetään öljyn puhdistamiseen vedestä, öljyvuotojen puhdistamiseen ja kemiallisiin prosesseihin polaaristen ja ei-polaaristen aineiden erottamiseen.
Sanaa "hydrofobinen" käytetään usein synonyyminä sanalle " lipofiilinen " - "rasvaa rakastava", vaikka tämä ei ole täysin oikein. Itse asiassa hydrofobiset aineet ovat yleensä lipofiilisiä, mutta niiden joukossa on poikkeuksia - esimerkiksi silikonit , fluoroplastiset aineet .
Termodynamiikan mukaan aine pyrkii minimienergian tilaan ja sitoutuminen alentaa kemiallista energiaa . Vesimolekyylit ovat polarisoituneita ja pystyvät muodostamaan vetysidoksia keskenään , mikä selittää monia veden ainutlaatuisia ominaisuuksia. Samanaikaisesti hydrofobiset molekyylit eivät ole polarisoituneita eivätkä pysty muodostamaan vetysidoksia, joten vesi hylkii tällaisia molekyylejä ja muodostaa mieluummin sidoksia itseensä. Juuri tämä vaikutus määrää hydrofobisen vuorovaikutuksen, jota ei kutsuta täysin oikein, koska sen lähde on hydrofiilisten vesimolekyylien vuorovaikutus keskenään. [2] Joten kaksi sekoittumatonta faasia (hydrofiilinen ja hydrofobinen) ovat sellaisessa tilassa, jossa niiden kosketuspinta on minimaalinen. Tämä vaikutus voidaan havaita faasien erottelun ilmiössä , joka tapahtuu esimerkiksi vesi-öljy- emulsion erotuksen aikana .
Superhydrofobisilla materiaaleilla on pinnat, jotka kestävät erittäin kostumista ( kosketuskulma veden kanssa on yli 150°). Monet näistä luonnossa esiintyvistä materiaaleista noudattavat Cassierin lakia ja ovat kaksivaiheisia submikronin tasolla, ja yksi komponenteista on ilma . Lootusefekti perustuu tähän periaatteeseen. Esimerkki superhydrofobisesta biomimeettisestä materiaalista nanoteknologiassa on nanopintakalvo.. On osoitettu, että vanadiinipentoksidin pinta voi vaihtaa superhydrofobisuuden välilläja superhydrofiilisyys UV - säteilyn vaikutuksesta [3] . Tämän tutkimuksen mukaan mikä tahansa pinta voidaan varustaa samanlaisilla ominaisuuksilla levittämällä sille V 2 O 5 -ruusukkeen muotoisten hiukkasten suspensiota esimerkiksi mustesuihkutulostimella . Tässä hydrofobisuuden aiheuttavat myös lamellien väliset ilmaontelot (2,1 nm :n päässä toisistaan ). UV-säteilyn toimintamekanismina on luoda elektroni - aukko-pareja , joissa reiät reagoivat kidehilan happiatomien kanssa muodostaen pinnalle happivaansseja ja elektronit pelkistävät V 5+ :n V 3+ :ksi . Tyhjät happitilat peitetään vedellä, ja vanadiinipinnan veden imeytyminen tekee siitä hydrofiilisen. Pitkään pimeässä oleskellessa vesi korvataan hapella ja hydrofiilisyys häviää.