¿alguna vez has olido algo tan repugnante que tuviste que salir de la habitación? ¿Alguna vez le ha disgustado tanto a un compañero de trabajo que ya no podía soportar estar en el mismo espacio que ellos? Si respondiste sí a cualquiera, o a todas, estas preguntas, entonces entiendes cómo se siente una molécula hidrofóbica cuando está en agua.,
la energía requerida para salir del área apestosa es comprensible, incluso palpable, pero la energía asociada con el disgusto de una molécula hidrofóbica por el agua es en realidad cuantificable!
para entender cómo las moléculas hidrofóbicas se pueden comparar entre sí, necesitamos preguntarnos (y finalmente responder) la pregunta, ¿Qué es una molécula hidrofóbica?
¿Qué es una molécula hidrofóbica?,
la necesidad de que el compuesto hidrofóbico (a menudo referido como hidrofóbico) se separe del agua es inherente a la estructura de la molécula en sí, por lo que este tipo de moléculas se conocen como hidrofóbicas (odian el agua). La solubilidad de un hidrofóbico, e incluso de un compuesto hidrofílico, es un fenómeno complejo que tiene componentes termodinámicos y cinéticos.,
la incapacidad de un hidrofóbico para mezclarse con agua es en realidad una energía cuantificable (la energía libre de Gibbs de la solución) que está asociada con muchos factores, incluyendo, pero ciertamente no limitado a: i-la constante dieléctrica (ε) del solvente, II-tensión superficial (γ) del sistema, iii-El coeficiente de partición (o constante), IV-movilidad del soluto en función de la Ley de difusión de Fick y v-el potencial químico (μ) del soluto.,
propiedades hidrofóbicas
mientras que hay muchos otros factores en juego para determinar la solubilidad de un compuesto en agua, un enfoque simplista que generaliza todas estas mediciones cuantificables es decir humildemente ‘como-se disuelve-como’. Esta frase significa que cuando un solvente (por ejemplo, agua) tiene una estructura similar a un soluto, entonces los dos se mezclarán (es decir, el soluto se disolverá en el solvente).
¿cómo reaccionan las moléculas hidrofóbicas con el agua?
Esta es la razón simplista por la que las moléculas hidrofílicas se disuelven en agua y las moléculas hidrofóbicas no., Las sustancias hidrofóbicas están presentes en toda la naturaleza y dentro del laboratorio químico. Pueden extraerse de las plantas, extraerse de la grasa o sintetizarse de otras fuentes. Algunos ejemplos hidrofóbicos notables son los hidrocarburos (es decir, la gasolina), aceite vegetal, alcoholes/ácidos grasos e incluso el colesterol en la sangre!, Oxiteno utiliza muchos de estos hidrófobos en la síntesis de sus surfactantes, incluyendo (a) alcoholes grasos (como los alcoholes lauril y estearil), (B) ácidos grasos (como los ácidos oleico y esteárico), (c) aminas de sebo, (d) alcoholes ramificados, (e) alcoholes sintéticos de cadena corta y muchos más. Para obtener una lista completa de moléculas hidrofóbicas que Oxiteno utiliza para producir surfactantes, visite aquí, pero por ahora, definamos mejor las diferencias entre moléculas hidrofílicas e hidrofóbicas.
¿Cuál es la diferencia entre hidrofílico e hidrofóbico?,
Cuando están en agua, estas sustancias hidrofóbicas se comportan de manera diferente a sus contrapartes hidrofílicas, pero ¿cuál es la diferencia entre un compuesto hidrofílico e hidrofóbico? Las moléculas hidrofóbicas vienen en una amplia variedad de estructuras, pero un tema relativamente común entre ellas es la ausencia de polaridad dentro de la propia estructura.
La mayoría de los hidrófobos, pero no todos, contienen grandes secciones de carbonos e hidrógenos, dos átomos que proporcionan poca o ninguna polaridad dentro de la estructura del compuesto., La falta de polaridad de un hidrofóbico junto con la constante dieléctrica relativamente alta del agua (ε =78)A, hace que la situación entre los dos componentes sea muy insostenible, resultando en una solución separada por fases, como se encontraría con una mezcla de aceite y agua.
este concepto de polaridad puede ser estimado por los tipos de átomos en el compuesto in, su disposición arquitectónica en la molécula y la presencia de especies cargadas dentro del componente., La presencia de átomos que llevan una carga (especies iónicas) o que simplemente pueden generar un momento dipolar en la molécula aumenta la polaridad del compuesto.
tomemos el agua como un buen ejemplo para una molécula polar, en la que el átomo de oxígeno está unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno, compartiendo un par de electrones en cada uno de estos enlaces covalentes ‘o-TO-H’. El átomo de oxígeno en el agua es un átomo fuertemente electronegativo, causando que los electrones dentro del enlace covalente entre los átomos de oxígeno e hidrógeno se «mantengan» más cerca del oxígeno.,
Se puede comparar la electronegatividad con un juego de tira y afloja, en el que los electrones que crean el enlace covalente son tirados en la dirección del jugador más fuerte, en este caso, el oxígeno.
debido a que los electrones están más cerca del átomo de oxígeno en la molécula de agua, y debido a que los electrones llevan una carga negativa, el átomo de oxígeno tiene una ligera carga negativa asociada con él. Esto tiene la consecuencia de crear una ligera carga positiva en los átomos de hidrógeno en la molécula de agua., Debido a que toda la molécula ahora tiene un área que es ligeramente negativa y un área que es ligeramente positiva, se puede considerar que el agua tiene características polares (al igual que un imán lleva un terminal positivo y negativo). Recordando el título de la infame canción de Paula Abdul, «los opuestos se atraen», el área positiva de la molécula de agua es ‘atraída’ a la porción negativa de una molécula de agua diferente.
las moléculas de agua se alinearán juntas, formando una red de moléculas de agua, a menudo conocida como enlace de hidrógeno., Es esta red de enlace de hidrógeno de moléculas de agua que hace que el agua tenga un punto de ebullición inusualmente alto para una molécula tan pequeña, y la razón por la que el hielo se expande durante esas frías noches de invierno causing causando que sus tuberías se agrieten, lo que crea una fuga masiva de agua debajo de su casa, lo que hace que llame al fontanero a la 1 A.m., por lo que cobra una tarifa adicional por la llamada nocturna, despertando a todo el vecindario all todo debido a la existencia de una ligera polaridad en la estructura del H2O. pero estoy divagando, lo siento.,
Por el contrario, las moléculas hidrofóbicas no contienen áreas de polaridad dentro de su estructura, y por lo tanto se mezclan con el agua. Los hidrófobos no tienen las propiedades físicas correctas para interrumpir la red de enlace de hidrógeno del agua, y por lo tanto son relegados a la agregación dentro de la solución acuosa. Aquí es donde la física y la geometría toman el control. Evocando a nuestro Arquímedes interior, la forma geométrica con mayor volumen y menor área de superficie es una esfera, por lo que las moléculas hidrofóbicas tienden a formar formas esféricas cuando se colocan en agua., Estas «gotas de aceite» adoptan esta forma esférica para minimizar el contacto con el solvente polar, reduciendo así la energía en la superficie (recordemos que siempre se favorece el estado de energía más bajo de un sistema).
surfactante y ejemplos hidrofóbicos
mientras que la física y la geometría nos han guiado hasta este punto, la química inteligente es lo que ha llevado a estos hidrófobos a una nueva área de la ciencia de superficies. La naturaleza, así como los científicos inteligentes, han aprovechado la tendencia de un hidrofóbico a agregarse en el agua modificando la arquitectura molecular del hidrofóbico.,
si un hidrofóbico está covalentemente unido a una entidad hidrofílica, entonces se forma un nuevo tipo de molécula que puede coexistir en la interfaz entre el aceite y el agua. Estos tipos de compuestos que tienen secciones distintas de hidrofobicidad e hidrofilicidad se consideran agentes activos en la superficie de dos (o más) sustratos opuestos. Debido a estas propiedades, estos compuestos se conocen comúnmente como SURF-ACT-ANTS.,
la estructura de un surfactante permite que la porción hidrofóbica interactúe con otros hidrófobos en la solución, mientras que el área hidrofílica del surfactante se puede dispersar en el medio acuoso. Esto tiene profundas mejoras en la solubilidad de un compuesto hidrofóbico en el agua, ya que los surfactantes ayudan a reducir la energía entre los dos sustratos inmiscibles.
dos de los métodos más conocidos para medir la energía en la superficie es determinar el
- ángulo de contacto de una solución en una superficie particular o
- tensión interfacial de dos líquidos/soluciones inmiscibles.,
ambos métodos relacionan la forma geométrica (recuerde la geometría de Arquemedes) de la energía de todo el sistema, mientras que las soluciones con mayor energía superficial (es decir, sin surfactante) adoptarán una forma más esférica y las soluciones con menor energía superficial tendrán una forma cada vez más ovalada (la’ovalidad’ aumenta con la cantidad o fuerza del surfactante).
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