Egenskaben til at afvise vand
Hydrofobicitet (fra andet græsk ὕδωρ . "vand" + φόβος "frygt, frygt") - egenskaben til at afvise vand, molekylets fysiske egenskab , "ønsket" om at undgå kontakt med vand [1] . Selve molekylet kaldes i dette tilfælde hydrofobt .
Hydrofobe molekyler er normalt ikke-polære og "foretrækker" at være blandt andre neutrale molekyler og ikke-polære opløsningsmidler . Derfor samler vand på en hydrofob overflade med en høj kontaktvinkel α sig til dråber. Og når hydrofobe væsker tilsættes vand, afhængigt af densiteten, opsamles de i isolerede koagler eller fordeles over vandoverfladen, som det sker med olie.
Molekyler af alkaner , olier , fedtstoffer og andre lignende materialer er hydrofobe. Hydrofobe materialer bruges til at rense olie fra vand, rense oliespild og kemiske processer til at adskille polære og ikke-polære stoffer.
Ordet "hydrofob" bruges ofte som et synonym for ordet " lipofil " - "fedt-elskende", selvom dette ikke er helt korrekt. Faktisk er hydrofobe stoffer generelt lipofile, men der er undtagelser blandt dem - for eksempel silikoner , fluorplast .
Ifølge termodynamik har stof tendens til en tilstand af minimumsenergi, og binding sænker kemisk energi . Vandmolekyler er polariserede og er i stand til at danne brintbindinger med hinanden , hvilket forklarer mange af de unikke egenskaber ved vand. Samtidig er hydrofobe molekyler ikke polariserede og er ikke i stand til at danne brintbindinger, så vand frastøder sådanne molekyler og foretrækker at danne bindinger i sig selv. Det er denne effekt, der bestemmer den hydrofobe interaktion, som kaldes så ikke helt korrekt, da dens kilde er interaktionen af hydrofile vandmolekyler med hinanden. [2] Så to ublandbare faser (hydrofile og hydrofobe) vil være i en sådan tilstand, hvor overfladen af deres kontakt vil være minimal. Denne effekt kan iagttages i fænomenet faseadskillelse , som for eksempel opstår under adskillelsen af en vand-olie- emulsion .
Superhydrofobe materialer har overflader, der er ekstremt modstandsdygtige over for befugtning (med en kontaktvinkel med vand større end 150°). Mange af disse materialer, der findes i naturen, adlyder Cassiers lov og er bifasiske på submikronniveau, hvor en af komponenterne er luft . Lotuseffekten er baseret på dette princip. Et eksempel på et superhydrofobt biomimetisk materiale inden for nanoteknologi er en nanopin-film.. Det er vist, at overfladen af vanadiumpentoxid kan skifte mellem superhydrofobicitetog superhydrofilicitet under påvirkning af UV - stråling [3] . Ifølge denne undersøgelse kan enhver overflade udstyres med en lignende egenskab ved at påføre en suspension af V 2 O 5 rosetformede partikler på den , for eksempel ved hjælp af en inkjetprinter . Her er hydrofobiciteten også forårsaget af interlaminære lufthulrum (adskilt med 2,1 nm ). Virkningsmekanismen for UV-stråling er at skabe elektron - hul-par , hvor huller reagerer med iltatomer i krystalgitteret, hvilket skaber ilttomrum på overfladen, og elektroner reducerer V 5+ til V 3+ . Ilttomrum er dækket af vand, og en sådan vandabsorption af vanadiumoverfladen gør den hydrofil. Ved et langt ophold i mørket erstattes vand med ilt, og hydrofilicitet går tabt.