Was ist eine hydrophobe Verbindung?

Hast du jemals etwas so Abstoßendes gerochen, dass du den Raum verlassen musstest? Haben Sie jemals einen Kollegen so sehr gemocht, dass Sie es nicht mehr ertragen konnten, im selben Raum wie sie zu sein? Wenn Sie eine oder alle dieser Fragen mit Ja beantwortet haben, verstehen Sie, wie sich ein hydrophobes Molekül in Wasser anfühlt.,

Die Energie, die benötigt wird, um aus dem stinkenden Bereich herauszukommen, ist verständlich, sogar greifbar, aber die Energie, die mit der Abneigung eines hydrophoben Moleküls gegen Wasser verbunden ist, ist tatsächlich quantifizierbar!

Um zu verstehen, wie hydrophobe Moleküle miteinander verglichen werden können, müssen wir die Frage stellen (und letztendlich beantworten), was ein hydrophobes Molekül ist.

Was Ist ein Hydrophobes Molekül?,

Die Notwendigkeit, dass sich die hydrophobe Verbindung (oft als hydrophobe Verbindung bezeichnet) von Wasser trennt, ist der Struktur des Moleküls selbst inhärent, weshalb diese Arten von Molekülen als hydrophob bezeichnet werden (Wasserhass). Die Löslichkeit eines Hydrophobens und sogar einer hydrophilen Verbindung ist ein komplexes Phänomen, das sowohl thermodynamische als auch kinetische Komponenten aufweist.,

Die Unfähigkeit eines Hydrophoben, sich mit Wasser zu vermischen, ist tatsächlich eine quantifizierbare Energie (die Gibbs-freie Energie der Lösung), die mit vielen Faktoren verbunden ist, einschließlich, aber sicherlich nicht beschränkt auf: i-die Dielektrizitätskonstante (ε) des Lösungsmittels, ii-Oberflächenspannung (γ) des Systems, iii-der Trennkoeffizient (oder konstant), iv-gelöste Mobilität in Abhängigkeit von Fick ‚ s Diffusionsgesetz und v-das chemische Potential (μ) des gelösten Stoffes.,

Hydrophobe Eigenschaften

Während es viele andere Faktoren gibt, die die Löslichkeit einer Verbindung in Wasser bestimmen, ist ein simpler Ansatz, der all diese quantifizierbaren Messungen verallgemeinert, demütig „like-dissolves-like“ zu sagen. Dieser Ausdruck bedeutet, dass, wenn ein Lösungsmittel (zum Beispiel Wasser) eine ähnliche Struktur wie ein gelöster Stoff hat, sich die beiden vermischen (dh der gelöste Stoff löst sich in dem Lösungsmittel auf).

Wie reagieren hydrophobe Moleküle mit Wasser?

Dies ist der simple Grund, warum sich hydrophile Moleküle in Wasser auflösen und hydrophobe Moleküle nicht., Hydrophobe Substanzen sind in der gesamten Natur und im chemischen Labor vorhanden. Sie können aus Pflanzen extrahiert, aus Fett gewonnen oder aus anderen Quellen synthetisiert werden. Einige bemerkenswerte hydrophobe Beispiele sind Kohlenwasserstoffe (d. H. Benzin), Pflanzenöl, Fettalkohole/Säuren und sogar das Cholesterin in Ihrem Blut!, Oxiteno verwendet viele dieser Hydrophobe bei der Synthese seiner Tenside, einschließlich (a) Fettalkohole (wie Lauryl-und Stearylalkohole), (b) Fettsäuren (wie Öl-und Stearinsäuren), (c) Talgamine, (d) verzweigte Alkohole, (e) kurzkettige synthetische Alkohole und viele mehr. Eine vollständige Liste der hydrophoben Moleküle, die Oxiteno zur Herstellung von Tensiden verwendet, finden Sie hier, aber lassen Sie uns vorerst die Unterschiede zwischen hydrophilen und hydrophoben Molekülen besser definieren.

Was ist der Unterschied zwischen hydrophil und hydrophob?,

In Wasser verhalten sich diese hydrophoben Substanzen anders als ihre hydrophilen Gegenstücke, aber was ist der Unterschied zwischen einer hydrophilen und hydrophoben Verbindung? Hydrophobe Moleküle kommen in einer Vielzahl von Strukturen vor, aber ein relativ häufiges Thema unter ihnen ist das Fehlen von Polarität innerhalb der Struktur selbst.

Die meisten, aber nicht alle Hydrophoben enthalten große Abschnitte von Kohlenstoff und Hydrogenen, zwei Atomen, die innerhalb der Struktur der Verbindung wenig bis gar keine Polarität aufweisen., Das Fehlen einer Hydrophobenpolarität in Verbindung mit der relativ hohen Dielektrizitätskonstante von Wasser (ε =78)a sorgt für eine sehr unhaltbare Situation zwischen den beiden Komponenten,was letztendlich zu einer phasentrennten Lösung führt, ähnlich wie Sie es bei einer Mischung aus Öl und Wasser finden würden.

Dieses Konzept der Polarität kann durch die Arten von Atomen in der in-Verbindung, ihre architektonische Anordnung im Molekül und das Vorhandensein geladener Spezies innerhalb der Komponente geschätzt werden., Das Vorhandensein von Atomen, die eine Ladung tragen (ionische Spezies) oder einfach ein Dipolmoment im Molekül erzeugen können, erhöht die Polarität der Verbindung.

Nehmen wir Wasser als ein gutes Beispiel für ein polares Molekül, in dem das Sauerstoffatom kovalent an zwei Wasserstoffatome gebunden ist und in jedem dieser kovalenten Bindungen ein Elektronenpaar teilt. Das Sauerstoffatom im Wasser ist ein stark elektronegatives Atom, wodurch die Elektronen innerhalb der kovalenten Bindung zwischen den Sauerstoff-und Wasserstoffatomen näher am Sauerstoff „gehalten“ werden.,

Man kann die Elektronegativität mit einem Tauziehen vergleichen, bei dem die Elektronen, die die kovalente Bindung bilden, in Richtung des stärkeren Spielers, in diesem Fall Sauerstoff, gezogen werden.

Weil die Elektronen näher am Sauerstoffatom im Wassermolekül sind und weil Elektronen eine negative Ladung tragen, ist dem Sauerstoffatom eine leichte negative Ladung zugeordnet. Dies hat die Folge, dass eine leichte positive Ladung auf die Wasserstoffatome im Wassermolekül entsteht., Da das gesamte Molekül jetzt einen Bereich hat, der leicht negativ ist, und einen Bereich, der leicht positiv ist, kann Wasser als polare Eigenschaften angesehen werden (ähnlich wie ein Magnet einen positiven und negativen Anschluss trägt). Unter Hinweis auf den Titel aus Paula Abduls berüchtigtem Lied „Opposites Attract“ wird der positive Bereich des Wassermoleküls von einem anderen negativen Teil des Wassermoleküls „angezogen“.

Die Wassermoleküle richten sich zusammen und bilden ein Netzwerk von Wassermolekülen, die oft als Wasserstoffbindung bezeichnet werden., Es ist dieses wasserstoffbindende Netzwerk von Wassermolekülen, das dazu führt, dass Wasser einen ungewöhnlich hohen Siedepunkt für ein so kleines Molekül hat,und der Grund dafür, dass sich Eis in diesen kalten Winternächten ausdehnt… was dazu führt, dass Ihre Rohre reißen, was zu einem massiven Wasserleck unter Ihrem Haus führt, was dazu führt, dass Sie den Klempner um 1 Uhr morgens anrufen, wofür er eine zusätzliche Gebühr für den Late-Night-Anruf erhebt und die gesamte Nachbarschaft aufwacht… alles wegen der Existenz einer leichten Polarität in H2O ‚ s Struktur… aber ich schweife ab, sorry.,

Umgekehrt enthalten hydrophobe Moleküle innerhalb ihrer Struktur keine Polaritätsbereiche und vermischen sich somit mit Wasser. Hydrophobe haben nicht die richtigen physikalischen Eigenschaften, um das Wasserstoffbindungsnetzwerk des Wassers zu stören, und werden daher zur Aggregation innerhalb der wässrigen Lösung verbannt. Hier übernehmen Physik und Geometrie. Die geometrische Form mit dem höchsten Volumen und der niedrigsten Oberfläche, die an unsere inneren Archimedes erinnert, ist eine Kugel, weshalb hydrophobe Moleküle dazu neigen, kugelförmige Formen zu bilden, wenn sie in Wasser gelegt werden., Diese „Öltröpfchen“ nehmen diese Kugelform an, um den Kontakt mit dem polaren Lösungsmittel zu minimieren und so die Energie an der Oberfläche zu reduzieren (denken Sie daran, dass der niedrigste Energiezustand eines Systems immer bevorzugt wird).

Tensid-und hydrophobe Beispiele

Während Physik und Geometrie uns zu diesem Punkt geführt haben, hat clevere Chemie diese Hydrophoben in neue Bereiche der Oberflächenwissenschaft gebracht. Sowohl die Natur als auch die Hirnforscher haben die Tendenz eines Hydrophobs, sich im Wasser anzusammeln, ausgenutzt, indem sie die molekulare Architektur des Hydrophobs modifiziert haben.,

Wenn ein Hydrophobe kovalent mit einer hydrophilen Entität verbunden ist, wird ein neuer Molekültyp gebildet, der an der Grenzfläche zwischen Öl und Wasser koexistieren kann. Diese Arten von Verbindungen, die unterschiedliche Abschnitte von Hydrophobie und Hydrophilie aufweisen, werden als Mittel angesehen, die an der Oberfläche von zwei (oder mehr) gegenüberliegenden Substraten aktiv sind. Aufgrund dieser Eigenschaften werden diese Verbindungen allgemein als SURF-ACT-AMEISEN bezeichnet.,

Durch die Struktur eines Tensids kann der hydrophobe Anteil mit anderen hydrophoben in der Lösung interagieren, während der hydrophile Bereich des Tensids in den wässrigen Medien dispergiert werden kann. Dies hat tiefgreifende Verbesserungen in Bezug auf die Löslichkeit einer hydrophoben Verbindung in Wasser zur Folge, da Tenside dazu beitragen, die Energie zwischen den beiden nicht mischbaren Substraten zu senken.

Zwei der bekanntesten Methoden zur Messung der Energie an der Oberfläche besteht darin, den

1. Kontaktwinkel einer Lösung auf einer bestimmten Oberfläche oder
2. Grenzflächenspannung von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten/Lösungen zu bestimmen.,

Beide Methoden beziehen sich auf die geometrische Form (denken Sie an die Geometrie des Archemedes) der Energie des gesamten Systems, während Lösungen mit höherer Oberflächenenergie (d. H. Ohne Tensid) eine kugelförmigere Form annehmen und Lösungen mit niedrigerer Oberflächenenergie eine zunehmend ovale Form haben („Ovalität“ nimmt mit der Menge oder Stärke des Tensids zu).

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