hidrofílica
adj.
/ ˈhadrdrə..fɪlɪk/ Capaz de interactuar con el agua a través de enlaces de hidrógeno

Hidrofílico Definición

¿Qué hace un hydrophile o sustancias hidrofílicas decir? Si una molécula es «amante del agua», se conoce como ‘hidrófilo’ (sustantivo) que posee ‘naturaleza hidrofílica’. Por el contrario, si a una molécula no le gusta el agua, es decir, repele el agua, se la conoce como «hidrofóbica». El grado o grado en que una molécula o superficie atrae agua se conoce como la «hidrofilicidad» de esa molécula. Pocos ejemplos comunes de sustancias hidrofílicas son el azúcar, la sal, el almidón y la celulosa.

Las sustancias hidrofílicas son de naturaleza polar. La teoría de «Como se disuelve como» rige el hecho de que las sustancias hidrofílicas tienden a disolverse fácilmente en agua o disolventes polares, mientras que las sustancias hidrofóbicas son poco solubles en agua o disolventes polares.

Todos hemos visto el ejemplo de las sustancias hidrofílicas en nuestra vida diaria. Cada uno de nosotros ha visto que a veces el agua se extiende uniformemente sobre una superficie, mientras que en ciertos casos forma pequeñas gotitas. ¿Por qué es así?

Se debe a que ciertas superficies son amantes del agua o hidrofílicas y, por lo tanto, el agua se propaga, mientras que en el caso de sustancias poco hidrofílicas (o sustancias hidrofóbicas) forma pequeñas gotas a medida que estas superficies repelen el agua.

Química detrás de la hidrofilicidad

Las moléculas hidrofílicas o las mitades hidrofílicas son básicamente compuestos polares que tienen grupos iónicos. La naturaleza polar de estas moléculas hidrofílicas les permite absorber fácilmente agua o solvente polar y eventualmente disolverse en los solventes polares como el agua. Al ser un solvente protico polar, el agua es capaz de formar un enlace de hidrógeno (-H OH OH-). Las moléculas hidrofílicas son de naturaleza polar y forman fácilmente un enlace de hidrógeno con el agua, por lo que se disuelven en el agua. Notablemente, estas interacciones entre la molécula hidrofílica y el agua son favorecidas termodinámicamente. En general, las sustancias hidrofílicas pueden formar fácilmente enlaces de hidrógeno con disolventes polares como el agua y el alcohol.

Químicamente, las sustancias hidrófilas tienen grupos iónicos (cargados) que contienen átomos de oxígeno o nitrógeno. La polaridad de una sustancia generalmente define su hidrofilicidad. Algunos de los grupos funcionales comunes que se encuentran en las sustancias/superficies hidrofílicas se enumeran en la Tabla 1.

Cuadro 1.: Some of the common hydrophilic and hydrophobic functional groups

Como regla general, la hidrofilia de cualquier superficie varía según el grupo funcional y la capacidad de enlace de hidrógeno: no polares < polar, no hay enlace de hidrógeno < polar, hidrógeno < hydroxylic, iónico. La hidrofilicidad está significativamente influenciada por el número de sitios y la estructura y densidad del área de interfase.

Medición de la hidrofilicidad

La medición del ángulo de contacto es un parámetro importante para cuantificar la hidrofilicidad de una sustancia, que es indicativo adicional de la humectabilidad. Las sustancias hidrofílicas poseen una buena humectabilidad. La humectabilidad es la capacidad del líquido para permanecer en contacto con la superficie sólida. El grado de humectabilidad se mide utilizando un ángulo de contacto. El ángulo de contacto (θ) es el ángulo entre la superficie y el borde de la gota. Una superficie hidrofílica tiene un ángulo de contacto (θ) <90°, mientras que la superficie hidrofóbica muestra un ángulo de contacto (θ) >90°, como se muestra en la Figura 1 (a continuación). Un ángulo de contacto más alto indica la interacción líquido-líquido más fuerte que la interacción líquido-superficie, lo que hace que el material sea hidrófobo.

Si el líquido se extiende sobre una superficie, mojando una gran área de la superficie, el ángulo de contacto es inferior a 90° y se considera hidrófilo o amante del agua (Figura 2). Mientras que, si un líquido forma una gota, el ángulo de contacto es superior a 90° y se considera hidrofóbico o repelente al agua (Figura 2). La humectabilidad es un parámetro importante para las plantas y los animales. Las hojas de flor de loto y las hojas de arroz exhiben una superficie que no humedece, en la que las hojas permanecen secas y las gotas de agua salen de la superficie de las hojas manteniéndolas limpias todo el tiempo. Ciertos animales, como los escarabajos del desierto de Namib, logran sobrevivir en la región seca debido a su capacidad para absorber la humedad del medio ambiente a través de estructuras hidrófilas en la superficie de su cuerpo.

De la discusión anterior, ahora sabemos que las superficies hidrófilas tienden a esparcir el agua sobre su superficie y no permiten la formación de gotitas de agua. Esta funcionalidad de las superficies hidrófilas se utiliza para fabricar superficies anti empañamiento en la industria automotriz.

Debido a la naturaleza hidrofílica, una sustancia tiende a poseer capacidad de absorción de agua a través de la acción capilar. El grado de absorción de agua de una sustancia hidrófila depende de la porosidad de la sustancia.

Las aplicaciones de sustancias hidrofílicas

Los polímeros y moléculas hidrofílicas se utilizan ampliamente en el campo de la física, la química, la ingeniería, la biomedicina, los medicamentos entrega, alimentos, productos farmacéuticos, pinturas, textiles, papel, construcciones, adhesivos, recubrimientos, tratamiento de aguas, agentes dispersantes y suspensivos, estabilizadores, espesantes, gelificantes, floculantes y coagulantes, formadores de película, humectantes, aglutinantes y lubricantes, cuidado personal, productos de construcción, detergentes, campos petrolíferos productos y procesamiento de minerales, etc.

Los polímeros hidrófilos exhiben buena permeabilidad al vapor de agua debido a grupos iónicos. La ropa o indumentaria que se requiere que sea transpirable se compone de fibras hidrófilas.

Los polímeros hidrófilos como la celulosa, el alginato y el quitosano son los más utilizados en la industria alimentaria, en la que se utilizan como agente espesante, estabilizador y gelificante.

Adición de sustancias hidrofílicas como compuestos a base de almidón a las macetas de cultivo casero. Esto ayuda a reducir la necesidad de riego y consumo frecuentes.

Las sustancias hidrófilas tienen la capacidad de absorber y retener agua. Los hidrogeles son un tipo de polímeros hidrófilos que se utilizan ampliamente en productos sanitarios, ingeniería biomédica, bioseparación, agricultura, procesamiento de alimentos y recuperación de petróleo, por mencionar algunos. La propiedad característica de estos hidrogeles es absorber agua y hincharse. Los hidrogeles hidrófilos también tienen un carácter suave junto con la biocompatibilidad. Los hidrogeles son copolímeros u homopolímeros que se preparan mediante reticulación de monómeros. Estos monómeros tienen un grupo ionizable o un grupo funcional que puede ser ionizado. Los hidrogeles pueden contener grupos débilmente básicos como aminas sustituidas, o grupos débilmente ácidos como ácido carboxílico, o un grupo básico y ácido fuerte como compuestos de amonio cuaternario y ácidos sulfónicos. Todos estos grupos iónicos hacen que los hidrogeles sean hidrófilos. Dependiendo de su capacidad para retener el agua/hinchazón, se utilizan diferentes hidrogeles en diferentes aplicaciones, por ejemplo, los polímeros hidrofílicos, no porosos y de hinchazón lenta se utilizan en la fabricación de lentes de contacto y músculos artificiales, mientras que los polímeros hidrofílicos microporosos de hinchazón rápida se utilizan en la fabricación de pañales. Los poliacrilatos y los poliacrilatos de sodio son los polímeros hidrofílicos de hidrogel superabsorbentes que se utilizan en la fabricación de pañales. Estos hidrogeles superabsorbentes pueden contener agua equivalente a 100 veces su propio peso.

Los hidrogeles hidrófilos son similares a la matriz extracelular y, por esta razón, están siendo ampliamente explorados para hacer andamios de tejido artificial. Debido a la biocompatibilidad, los hidrogeles hidrófilos son ampliamente utilizados en aplicaciones biomédicas. La gelatina es uno de los hidrogeles hidrófilos ampliamente utilizados. La gelatina es un subproducto animal y se compone de proteína & colágeno con forma de péptido. La gelatina se usa más comúnmente para preparar cápsulas.

El hidrogel hidrófilo también ayuda a acelerar el proceso de cicatrización de heridas y, por lo tanto, se utilizan ampliamente como agente cicatrizante de heridas.Los hidrogeles hidrófilos son materiales superabsorbentes que también se usan ampliamente en sistemas de administración de medicamentos, reparación de tejidos y cosméticos. Los hidrogeles hidrofílicos súper porosos se usan como desintegrantes o súper desintegrantes en una tableta para lograr una liberación rápida de la droga desde la tableta.

La hidrofilicidad es un criterio crítico para la absorción de una molécula de fármaco. Es un hecho bien establecido que para la absorción de un medicamento en el cuerpo humano, el medicamento debe estar en un estado solubilizado. Los medicamentos hidrófilos tienden a disolverse fácilmente y se solubilizan, lo que permite la absorción de medicamentos. Por lo tanto, los medicamentos hidrofílicos que tienen una permeabilidad adecuada tienen una mayor probabilidad de ser absorbidos fácilmente por el cuerpo y ejercer sus efectos terapéuticos.

Las sustancias hidrófilas se recubren en la superficie de los dispositivos médicos para reducir la adhesión bacteriana en la superficie del dispositivo médico. Polímeros hidrófilos como la polivinilpirrolidona (PVP), los poliuretanos, el ácido poliacrílico (PAA), el óxido de polietileno (PEO) y los polisacáridos se utilizan ampliamente como recubrimientos antiincrustantes en dispositivos médicos como catéteres, stents. Tan pronto como se coloca cualquier dispositivo médico en el cuerpo, se inicia la deposición de la capa de proteínas. Durante un período de tiempo, esta capa se vuelve muy gruesa y puede provocar efectos secundarios graves, a saber. obstrucción, etc. Por lo tanto, es necesario eludir la formación de la capa de proteínas en la superficie del dispositivo médico. Los polímeros hidrófilos actúan como agentes antiincrustantes y, por lo tanto, resisten la acumulación de esta capa de proteína sobre la superficie del dispositivo médico. Además, estos polímeros hidrófilos ayudan a reducir el coeficiente de fricción, lo que facilita la instilación del dispositivo médico en el cuerpo.

Por una razón similar, pero en una aplicación diferente, se utilizan polímeros o superficies hidrofílicas en partes de la estructura marina que se utilizan bajo el agua. Debido a la compatibilidad con el agua, las superficies hidrófilas se enfrentan a una fricción reducida bajo el agua, lo que facilita su movimiento bajo el agua.

Los polímeros hidrófilos se utilizan como agente antiincrustante en las membranas de filtración en la filtración por ósmosis inversa (RO). Polímeros como el poli (etilenglicol) reticulado (PEG), el éter dimetílico de trietilenglicol (triglyme), a base de celulosa, etc. se utilizan en membranas de filtración de RO. Al ser de naturaleza hidrófila, estos polímeros permiten la filtración de agua a través de ellos y al mismo tiempo resisten el desarrollo de una capa bacteriana sobre ellos.

El tratamiento con ácido fluoruro de los implantes dentales se lleva a cabo para aumentar la hidrofilicidad de los implantes dentales. Esto se traduce en un tiempo de curación reducido, el fácil establecimiento del implante y también un anclaje firme del implante.

Hay un grupo de moléculas que tienen tanto una parte hidrofílica como una parte hidrofóbica en su estructura, tales moléculas se conocen como moléculas anfipáticas. La categoría más común de estas moléculas se conoce comúnmente como surfactantes. Sin embargo, la contribución o el tamaño de la parte hidrofílica y la parte hidrofóbica de una molécula surfactante determinan su naturaleza como «mitades hidrofílicas» o «mitades hidrofóbicas». Dependiendo de su naturaleza, las moléculas surfactantes se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Una escala conocida como «Equilibrio Hidrófilo-Lipofílico» o escala HLB se utiliza como guía para comprender la naturaleza básica de las moléculas de surfactantes y utilizarlas en consecuencia. Por lo tanto, la escala HLB ayuda a comprender la afinidad de la molécula surfactante hacia un solvente. En caso de que la molécula de surfactante exhiba una afinidad más alta hacia el agua o el solvente polar, se clasifica bajo «mitades hidrofílicas», mientras que si una molécula de surfactante exhibe una afinidad más alta hacia los solventes no polares o lipofílicos, se clasifica como hidrofóbica o lipofílica. Los tensioactivos son muy importantes y críticos para la formulación y estabilización de emulsiones. La escala HLB fue introducida por Griffin y generalmente varía de 0 a 20. La categorización de las moléculas de surfactante basada en la escala HLB se detalla en la Tabla 2.

Cuadro 2: Escala de HLB para la caracterización de surfactantes

Un valor de HLB más bajo es indicativo de la naturaleza hidrófoba o repelente al agua de los surfactantes, mientras que un valor de HLB más alto es indicativo de la naturaleza hidrófila o amante del agua de los surfactantes. Monoestearato de propilenglicol, monoglicéridos y dioglicéridos, monoglicéridos lactilados, monoglicéridos succinilados son algunos de los pocos surfactantes que entran en la categoría de surfactantes hidrófobos o lipofílicos, que tienen HLB inferior a 10 y se pueden usar para la estabilización de emulsiones W/O. Los ésteres de ácido diacetil tartárico de monoglicéridos, polisorbatos y lecitina son algunos de los ejemplos de surfactantes hidrofílicos y se pueden usar para la estabilización de emulsiones de O/W. Curiosamente, uno de los surfactantes más utilizados, el lauril sulfato de sodio, tiene un valor de HLB de 40. Estos surfactantes son ampliamente utilizados en la industria alimentaria y farmacéutica.

Ejemplos de Sustancias Hidrofílicas

Algunos de los ejemplos comunes de sustancias hidrofílicas son como sigue:

• Proteínas
• Queratina
• Lana
• Algodón
• Sílice
• Yeso
• Polietileno glicol éteres
• Poliacrílico amida
• Poliuretanos con polietileno glicol éter
• de alcohol de Polivinilo (PVA)
• Polisacáridos (por ejemplo, celulosa) y sus derivados (por ejemplo, hydroxypropylmethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and sodium carboxy methyl cellulose)
• Gelatin, agar, agarose, algin
• Alcohols
• Cyclodextrins
• poly-N-vinylpyrrolidone (PVP)
• Guar gum, xanthan gum
• Starch
• Pectin
• Dextran
• Carrageenan
• Inulin
• Chitosan
• Albumin

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