Hai mai sentito l’odore di qualcosa di così ripugnante che hai dovuto lasciare la stanza? Ti è mai piaciuto un collega così tanto che non potresti più stare nello stesso spazio di loro? Se hai risposto sì a qualsiasi, o a tutte queste domande, allora capisci come si sente una molecola idrofoba quando è in acqua.,
L’energia necessaria per uscire dall’area puzzolente è comprensibile, persino palpabile, ma l’energia associata al disgusto di una molecola idrofoba per l’acqua è in realtà quantificabile!
Per capire come le molecole idrofobe possono essere confrontate l’una con l’altra, dobbiamo chiedere (e alla fine rispondere) alla domanda, cos’è una molecola idrofoba?
Che cos’è una molecola idrofoba?,
La necessità che il composto idrofobo (spesso indicato come idrofobo) si separi dall’acqua è inerente alla struttura della molecola stessa, motivo per cui questi tipi di molecole sono indicati come idrofobici (che odiano l’acqua). La solubilità di un idrofobo, e persino di un composto idrofilo, è un fenomeno complesso con componenti sia termodinamiche che cinetiche.,
Un hydrophobe incapacità da mescolare con l’acqua è in realtà un quantificabili energia (l’Energia Libera di Gibbs della soluzione), che è associato con molti fattori, tra cui, ma sicuramente non limitato a:-la costante dielettrica (ε) del solvente, ii-tensione superficiale (γ) del sistema, iii-il coefficiente di partizione (o costante), iv-soluto di mobilità in funzione della legge di Fick della diffusione e della v-il potenziale chimico (μ) del soluto.,
Proprietà idrofobiche
Mentre ci sono molti altri fattori in gioco per determinare la solubilità di un composto in acqua, un approccio semplicistico che generalizza tutte queste misurazioni quantificabili è quello di dire umilmente ‘like-dissolve-like’. Questa frase significa che quando un solvente (ad esempio l’acqua) ha una struttura simile a un soluto, allora i due si mescoleranno (cioè il soluto si dissolverà nel solvente).
Come reagiscono le molecole idrofobiche con l’acqua?
Questa è la ragione semplicistica per cui le molecole idrofile si dissolvono in acqua e le molecole idrofobiche no., Le sostanze idrofobiche sono presenti in tutta la natura e all’interno del laboratorio chimico. Possono essere estratti dalle piante, resi dal grasso o sintetizzati da altre fonti. Alcuni esempi idrofobi notevoli sono idrocarburi (cioè benzina), olio vegetale, alcoli grassi / acidi e persino il colesterolo nel sangue!, Oxiteno utilizza molti di questi idrofobi nella sintesi dei suoi tensioattivi, inclusi (a) alcoli grassi (come alcoli laurilici e stearilici), (b) acidi grassi (come acidi oleici e stearici), (c) ammine di sego, (d) alcoli ramificati, (e) alcoli sintetici a catena corta e molti altri. Per un elenco completo delle molecole idrofobiche che Oxiteno utilizza per produrre tensioattivi, visita qui, ma per ora, definiamo meglio le differenze tra molecole idrofile e idrofobiche.
Qual è la differenza tra Hydrophilic e Hydrophobic?,
Quando in acqua, queste sostanze idrofobe si comportano in modo diverso rispetto alle loro controparti idrofile, ma qual è la differenza tra un composto idrofilo e idrofobo? Le molecole idrofobiche sono disponibili in un’ampia varietà di strutture, ma un tema relativamente comune tra allora è un’assenza di polarità all’interno della struttura stessa.
La maggior parte, ma non tutti, gli idrofobi contengono grandi sezioni di carboni e idrogeni, due atomi che forniscono una polarità minima o nulla all’interno della struttura del composto., La mancanza di polarità di un idrofobo accoppiata con la costante dielettrica relativamente alta dell’acqua (ε =78)a, rende una situazione molto insostenibile tra i due componenti, risultando in definitiva in una soluzione separata dalla fase, proprio come si troverebbe con una miscela di olio e acqua.
Questo concetto di polarità può essere stimato dai tipi di atomi nel composto, dalla loro disposizione architettonica nella molecola e dalla presenza di specie cariche all’interno del componente., La presenza di atomi che portano una carica (specie ioniche) o che possono semplicemente generare un momento di dipolo nella molecola aumenta la polarità del composto.
Prendiamo l’acqua come un buon esempio per una molecola polare, in cui l’atomo di ossigeno è legato covalentemente a due atomi di idrogeno, condividendo una coppia di elettroni in ciascuno di questi legami covalenti “O-to-H”. L’atomo di ossigeno in acqua è un atomo fortemente elettronegativo, causando gli elettroni all’interno del legame covalente tra gli atomi di ossigeno e idrogeno da “tenere” più vicino all’ossigeno.,
Si può confrontare l’elettronegatività con un gioco di tiro alla fune, in cui gli elettroni che creano il legame covalente vengono tirati nella direzione del giocatore più forte, in questo caso l’ossigeno.
Poiché gli elettroni sono più vicini all’atomo di ossigeno nella molecola d’acqua e poiché gli elettroni trasportano una carica negativa, l’atomo di ossigeno ha una leggera carica negativa ad esso associata. Ciò ha la conseguenza di creare una leggera carica positiva sugli atomi di idrogeno nella molecola d’acqua., Poiché l’intera molecola ora ha un’area leggermente negativa e un’area leggermente positiva, l’acqua può essere considerata avere caratteristiche polari (proprio come un magnete porta un terminale positivo e negativo). Ricordando il titolo della famigerata canzone di Paula Abdul, “Opposites Attract”, l’area positiva della molecola d’acqua viene “attratta” dalla porzione negativa di una molecola d’acqua diversa.
Le molecole d’acqua si allineano insieme, formando una rete di molecole d’acqua, spesso indicato come legame idrogeno., È questa rete di legami idrogeno delle molecole di acqua che provoca l’acqua per avere un insolitamente elevato punto di ebollizione per una piccola molecola, e il motivo per cui il ghiaccio si espande durante le fredde notti d’inverno… causando i vostri tubi di crack, che crea una massiccia perdita di acqua in casa, causando la chiama l’idraulico alle ore 1, per il quale si addebita un costo aggiuntivo per la telefonata a tarda notte, svegliando l’intero quartiere… il tutto a causa dell’esistenza di un lieve polarità in H2O struttura… ma sto divagando, scusate.,
Al contrario, le molecole idrofobiche non contengono aree di polarità all’interno della loro struttura e quindi si mescolano con l’acqua. Gli idrofobi non hanno le proprietà fisiche corrette per interrompere la rete di legame dell’idrogeno dell’acqua e quindi sono relegati all’aggregazione all’interno della soluzione acquosa. Qui è dove la fisica e la geometria prendono il sopravvento. Evocando il nostro interno-Archimede, la forma geometrica con il volume più alto e la superficie più bassa è una sfera, motivo per cui le molecole idrofobiche tendono a formare forme sferiche quando vengono immesse nell’acqua., Queste “gocce d’olio” adottano questa forma sferica per minimizzare il contatto con il solvente polare, riducendo così l’energia in superficie (ricordiamo che lo stato energetico più basso di un sistema è sempre favorito).
Esempi di tensioattivi e idrofobi
Mentre la fisica e la geometria ci hanno guidato fino a questo punto, la chimica intelligente è ciò che ha portato questi idrofobi in una nuova area della scienza delle superfici. La natura, così come gli scienziati intelligenti, hanno approfittato della tendenza di un idrofobo ad aggregarsi nell’acqua modificando l’architettura molecolare dell’idrofobo.,
Se un idrofobo è legato covalentemente a un’entità idrofila, si forma un nuovo tipo di molecola che può coesistere all’interfaccia tra olio e acqua. Questi tipi di composti che hanno sezioni distinte di idrofobicità e idrofilia sono considerati agenti attivi sulla superficie di due (o più) substrati opposti. A causa di queste proprietà, questi composti sono comunemente indicati come SURF-ACT-FORMICHE.,
La struttura di un tensioattivo consente alla porzione idrofoba di interagire con altri idrofobi nella soluzione, mentre l’area idrofila del tensioattivo può essere dispersa nel mezzo acquoso. Ciò ha profondi miglioramenti sulla solubilità di un composto idrofobo in acqua, poiché i tensioattivi aiutano a ridurre l’energia tra i due substrati immiscibili.
Due dei metodi più noti per misurare l’energia in superficie è quello di determinare l’angolo di contatto
- di una soluzione su una particolare superficie o
- tensione interfacciale di due liquidi / soluzioni immiscibili.,
Entrambi i metodi mettono in relazione la forma geometrica (ricordate la geometria di Archemede) dell’energia dell’intero sistema, mentre le soluzioni con maggiore energia superficiale (cioè nessun tensioattivo) adotteranno una forma più sferica e le soluzioni con minore energia superficiale avranno una forma sempre più ovale (l’ovalità aumenta con la quantità o la forza del tensioattivo).
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