hidrofil
adj.
/ˈhaɪdrəə.fɪlɪk / hidrogénkötés útján képes kölcsönhatásba lépni a vízzel

hidrofil meghatározás

mit jelent a hidrofil vagy hidrofil anyag? Ha egy molekula “vízszerető”, akkor “hidrofil” (főnév) néven ismert, amely “hidrofil jellegű”. Ezzel szemben, ha egy molekula nem szereti a vizet, azaz taszítja a vizet, akkor hidrofób néven ismert. Az, hogy egy molekula vagy felület milyen mértékben vonzza a vizet, a molekula “hidrofilitásának” nevezik. A hidrofil anyagok néhány gyakori példája a cukor, a só, a keményítő és a cellulóz.

a hidrofil anyagok poláris jellegűek. A “Like feloldódik” elmélet azt a tényt szabályozza, hogy a hidrofil anyagok hajlamosak vízben vagy poláris oldószerekben könnyen feloldódni, míg a hidrofób anyagok vízben vagy poláris oldószerekben rosszul oldódnak.

mindannyian láttuk a hidrofil anyagok példáját mindennapi életünkben. Mindannyian láttuk, hogy néha a víz egyenletesen oszlik el a felületen, míg bizonyos esetekben kis cseppeket képez. Miért?

Ez azért van, mert bizonyos felületek vízszerető vagy hidrofilek, így a víz eloszlik, míg a rosszul hidrofil anyagok (vagy hidrofób anyagok) esetében apró cseppeket képez, mivel ezek a felületek taszítják a vizet.

kémia a hidrofilitás mögött

hidrofil molekulák vagy hidrofil molekulák alapvetően poláris vegyületek, amelyek Ionos csoportokkal rendelkeznek. Ezeknek a hidrofil molekuláknak a poláris jellege lehetővé teszi számukra, hogy könnyen felszívják a vizet vagy a poláris oldószert, majd végül feloldódnak a poláris oldószerekben, mint például a víz. Mivel poláris protikus oldószer, a víz képes hidrogénkötést kialakítani (- H–OH -). A hidrofil molekulák poláris jellegűek, könnyen hidrogénkötést képeznek a vízzel, ezáltal vízben oldódnak. Különösen a hidrofil molekula és a víz közötti kölcsönhatások termodinamikailag kedvezőek. Általában a hidrofil anyagok könnyen hidrogénkötéseket képezhetnek poláris oldószerekkel, például vízzel, alkohollal.

kémiailag a hidrofil anyagok Ionos (töltött) csoportokkal rendelkeznek, amelyek oxigént vagy nitrogénatomokat tartalmaznak. Az anyag polaritása általában meghatározza hidrofilitását. A hidrofil anyagokban/felületekben található közös funkcionális csoportok egy részét az 1.táblázat tartalmazza.

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

általános szabályként bármely felület hidrofilitása a funkcionális csoport és a hidrogénkötés képessége szerint változik: nem poláris < Polar, no hydrogen bonding < Polar, hydrogen bonding < A hidrofilitást jelentősen befolyásolja a helyszínek száma, valamint az interfázis területének szerkezete és sűrűsége.

A hidrofilitás mérése

az érintkezési szög mérése fontos paraméter egy anyag hidrofilitásának számszerűsítésére, amely tovább jelzi a nedvesíthetőséget. A hidrofil anyagok jó nedvességgel rendelkeznekképes. A nedvesíthetőség a folyadék azon képessége, hogy érintkezzen a szilárd felülettel. A nedvesíthetőség mértékét érintkezési szög segítségével mérik. Az érintkezési szög (θ) a csepp felszíne és széle közötti szög. A hidrofil felület érintkezési szöge (θ) <90°, míg a hidrofób felület érintkezési szöge (θ) >90°, az 1.ábrán (lent) látható. A magasabb az érintkezési szög jelzi az erősebb folyadék-folyadék kölcsönhatás helyett folyadék-felületi kölcsönhatás így az anyag hidrofób.

Ha a folyadék egy felületen elterjed, a felület nagy részét megnedvesíti, akkor az érintkezési szög kevesebb, mint 90°, és hidrofilnek vagy vízszeretőnek tekinthető (2.ábra). Míg ha egy folyadék cseppeket képez, az érintkezési szög 90° – nál nagyobb, és hidrofób vagy vízvisszatartónak tekinthető (2.ábra). A nedvesíthetőség fontos paraméter a növények és az állatok számára. Lótuszvirág levelek és rizs levelek mutatnak Nem nedvesítő felület, ahol a levelek szárazak maradnak, és vízcseppek gördülnek ki a felszínen a levelek tartása tiszta minden alkalommal. Bizonyos állatok, mint például a Namib sivatagi bogarak, képesek túlélni a száraz régióban, mivel képesek felszívni a nedvességet a környezetből hidrofil szerkezeteken keresztül a testfelületükön.

a fenti vitából már tudjuk, hogy a hidrofil felületek hajlamosak a vizet a felszínükre teríteni, és nem teszik lehetővé vízcseppek képződését. Ez a funkció a hidrofil felületek hasznosítják, hogy a ködképző felületek az autóiparban.

a hidrofil természet miatt az anyag hajlamos a víz abszorpciós képességére kapilláris hatás révén. A hidrofil anyag vízfelszívódásának mértéke az anyag porozitásától függ.

Alkalmazások Hidrofil Anyagok

Hidrofil polimerek, illetve molekulák széles körben használt területen a fizika, kémia, mérnöki, orvosi, gyógyszer szállítás, élelmiszerek, gyógyszerek, festékek, textíliák, papír, konstrukciók, ragasztók, bevonatok, vízkezelés, keletkezésével, illetve felfüggesztéséről anyagok, stabilizátorok, sűrítőanyagok, gellants, flocculants, valamint coagulants, film-tanuló, humectants, kötőanyagok, kenőanyagokat, személyes érdekel, építési termékek, mosószerek, olajmező termékek, ásványi feldolgozás stb.

a hidrofil polimerek jó vízgőz áteresztőképességet mutatnak az ionos csoportok miatt. A lélegzéshez szükséges ruházat vagy ruházat hidrofil szálakból áll.

hidrofil polimerek, mint a cellulóz, alginát, és kitozán a legszélesebb körben használják az élelmiszeriparban, ahol használják őket, mint egy sűrítőszer, stabilizátor, és gélesedő szer.

hidrofil anyagok, például keményítőalapú vegyületek hozzáadása az otthon termesztett növényi edényekhez. Ez segít csökkenteni a gyakori öntözés és fogyasztás követelményét.

a hidrofil anyagok képesek elnyelni és megtartani a vizet. A hidrogélek olyan hidrofil polimerek, amelyeket széles körben használnak az egészségügyi termékekben, az orvosbiológiai mérnöki munkában, a bioszeparációban, a mezőgazdaságban, az élelmiszer-feldolgozásban és az olaj visszanyerésében, néhányat említve. Ezeknek a hidrogéleknek a jellemző tulajdonsága a víz felszívása és megduzzadása. A hidrofil hidrogélek lágy karakterrel rendelkeznek a biokompatibilitással együtt. A hidrogélek kopolimerek vagy homopolimerek, amelyeket monomerek keresztkötésével állítanak elő. Ezeknek a monomereknek ionizálható csoportja vagy funkcionális csoportja van, amely ionizálható. A hidrogélek tartalmazhatnak gyengén bázikus csoportokat, például szubsztituált aminokat, vagy gyengén savas csoportokat, például karbonsavat, vagy erős bázikus és savas csoportot, például kvaterner ammóniumvegyületeket és szulfonsavakat. Mindezek az ionos csoportok hidrofil hidrogéleket hoznak létre. Attól függően, hogy a képesség, hogy tartsa a víz/duzzanat, különböző hydrogels hasznosítják a különböző alkalmazások, például, hidrofil, nem porózus, lassú duzzanat hidrogél polimerek gyártása során használt kontaktlencse, valamint a mesterséges izmok, míg hidrofil, mikroporózus, gyorsan duzzanat hidrogél polimerek előállítása során használt pelenka. A poliakrilátok és a nátrium-poliakrilátok a szuperabszorbens hidrofil hidrogél polimerek, amelyeket pelenkák készítéséhez használnak. Ezek a szuperabszorbens hidrogélek a saját súlyuk 100-szorosának megfelelő vizet tarthatnak.

a hidrofil hidrogélek hasonlóak az extracelluláris mátrixhoz, ezért széles körben kutatják őket mesterséges szövetállványok készítéséhez. A biokompatibilitás miatt a hidrofil hidrogéleket széles körben használják orvosbiológiai alkalmazásokban. A zselatin az egyik széles körben használt hidrofil hidrogél. A zselatin állati melléktermék, & peptidszerű, kollagénből áll. A zselatint leggyakrabban kapszulák készítésére használják.

a hidrofil hidrogél segít a sebgyógyulási folyamat felgyorsításában is, ezért széles körben használják sebgyógyító szerként.

a hidrofil hidrogélek olyan szuperabszorbens anyagok, amelyeket széles körben használnak a gyógyszeradagoló rendszerekben, a szövetjavításban és a kozmetikumokban is. A hidrofil szuper porózus hidrogéleket dezintegrálószerként vagy szuper dezintegrálószerként használják egy tablettában a tabletta gyors hatóanyag-felszabadulásának eléréséhez.

a hidrofilitás kritikus kritérium a gyógyszermolekula felszívódásához. Ez egy jól megalapozott tény, hogy a gyógyszer felszívódásához az emberi szervezetben a gyógyszernek oldott állapotban kell lennie. A hidrofil gyógyszerek általában könnyen oldódnak, oldódnak, ezáltal lehetővé teszik a gyógyszer felszívódását. Így a megfelelő permeabilitással rendelkező hidrofil gyógyszerek nagyobb valószínűséggel szívódnak fel a szervezetben, és gyakorolják terápiás hatásukat.

hidrofil anyagokat bevonnak az orvostechnikai eszközök felületére, hogy csökkentsék a bakteriális tapadást az orvostechnikai eszköz felületén. Hidrofil polimerek, mint például a polivinil-pirrolidon (PVP), poliuretánok, poliakrilsav (PAA), polietilén-oxid (PEO), poliszacharidok széles körben használják a lerakódás elleni bevonatok az orvosi eszközök, mint a katéterek, sztentek. Amint bármely orvosi eszköz a szervezetbe kerül, megkezdődik a fehérjeréteg lerakódása. Ez a réteg egy idő alatt nagyon vastag lesz, és súlyos mellékhatásokat okozhat., akadály stb. Ezért meg kell kerülni a fehérjeréteg kialakulását az orvostechnikai eszköz felületén. A hidrofil polimerek szennyeződésgátló szerként működnek, ezáltal ellenállnak ennek a fehérje rétegnek az orvosi eszköz felületén történő felhalmozódásához. Ezenkívül ezek a hidrofil polimerek segítenek csökkenteni a súrlódási együtthatót, ezáltal lehetővé téve az orvostechnikai eszköz könnyű beillesztését a szervezetbe.

hasonló okból, de eltérő alkalmazás esetén hidrofil polimereket vagy felületeket használnak a víz alatti tengeri szerkezet egyes részeiben. A vízzel való kompatibilitás miatt a hidrofil felületek csökkentett súrlódással szembesülnek a víz alatt, ezáltal megkönnyítve a víz alatti könnyű mozgást.

a hidrofil polimereket a fordított ozmózis (RO) szűrési membránokon szennyeződésgátló szerként használják. A RO szűrőmembránokban olyan polimereket használnak, mint a keresztkötésű poli (etilén-glikol) (PEG), Trietilén-glikol-dimetil-éter (triglim), cellulóz alapú stb. Mivel hidrofil jellegű, ezek a polimerek lehetővé teszik a víz szűrését rajtuk keresztül, ugyanakkor ellenállnak egy bakteriális réteg kialakulásának.

a fogászati implantátumok Fluoridsav-kezelését a fogászati implantátumok hidrofilitásának növelése érdekében végezzük. Ez csökkenti a gyógyulási időt, az implantátum könnyű felállítását, valamint az implantátum szilárd rögzítését.

van egy olyan molekulacsoport, amelynek szerkezete mind hidrofil, mind hidrofób része van, az ilyen molekulákat Amfipatikus molekuláknak nevezik. Az ilyen molekulák leggyakoribb kategóriáját általában felületaktív anyagoknak nevezik. A felületaktív anyag molekulájában a hidrofil rész és a hidrofób rész hozzájárulása vagy mérete azonban “hidrofil fajként” vagy “hidrofób fajként” határozza meg annak jellegét. Természetüktől függően a felületaktív molekulákat sokféle alkalmazásban használják. A “hidrofil-lipofil egyensúly” vagy a HLB-skála néven ismert skálát útmutatásként használják a felületaktív molekulák alapvető jellegének megértéséhez, és ennek megfelelően használják őket. Így a HLB skála segít megérteni a felületaktív molekula affinitását egy oldószer felé. Abban az esetben, ha a felületaktív anyag molekula mutat nagyobb az affinitása a víz felé, vagy poláris oldószer, ez kategóriába ‘Hidrofil alkotórészei’, míg ha egy felületaktív anyag molekula mutat nagyobb affinitással felé nem poláris, vagy lipofil oldószereket, ez minősíteni hidrofób vagy lipofil. A felületaktív anyagok nagyon fontosak és kritikusak az emulziók megfogalmazása és stabilizálása szempontjából. A HLB skálát Griffin vezette be, általában 0-20 között mozog. A felületaktív molekulák HLB-skálán alapuló kategorizálását a 2. táblázat tartalmazza.

2. táblázat: A felületaktív anyagok jellemzésére szolgáló HLB-skála

egy alacsonyabb HLB-érték a felületaktív anyagok vízvisszatartó vagy hidrofób jellegét jelzi, míg a magasabb HLB-érték a felületaktív anyagok Vízszerelő vagy hidrofil jellegét jelzi. A propilénglikol-monosztearát, a mono-és di-gliceridek, a laktilált monogliceridek, a szukcinilált monogliceridek azon kevés felületaktív anyagok közé tartoznak, amelyek hidrofób vagy lipofil felületaktív anyagok kategóriájába tartoznak, amelyek HLB-je kevesebb, mint 10, és felhasználhatók a W/O emulziók stabilizálására. A monoglikerid, poliszorbátok, lecitin diacetil-borkősav-észterei a hidrofil felületaktív anyagok néhány példája, amelyek O/W emulziók stabilizálására használhatók. Érdekes, hogy az egyik leggyakrabban használt felületaktív anyag, a nátrium-lauril-szulfát HLB értéke 40. Ezeket a felületaktív anyagokat széles körben használják az élelmiszer-és gyógyszeriparban.

Példa a Hidrofil Anyagok

Néhány gyakori példa a hidrofil anyagok a következők:

• Fehérje
• Keratin
• Gyapjú
• Pamut
• Szilícium-dioxid
• Gipsz
• Polietilén-glikol-éterek
• Poliakril-amid
• Polyurethanes a polietilén-glikol-éter
• Polivinil-alkohol (PVA)
• a Poliszacharidok (pl. cellulóz), illetve származékai (pl. 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

• Ahmad D., van den Boogaert I., Miller J., Presswell R., Jouhara H. (2018). Hidrofil és hidrofób anyagok és alkalmazásuk. Energiaforrások, A. rész:hasznosítás, hasznosítás és környezeti hatások, 40: 22, 2686-2725, DOI: 10.1080/15567036.2018.1511642
• Erothu, H. and Kumar, A. C. (2016). Hidrofil Polimerek. Az orvosbiológiai alkalmazások polimer anyagok és kompozitok (eds R. Francis és D. Sakthi Kumar). doi: 10.1002 / 9783527690916. ch7
• Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (2019). Roszatom, In: Reverse Osmosis, Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (Eds). Elsevier, 189-220. doi.org/10.1016/B978-0-12-811468-1.00008-6.
• Law K. Y. (2014). A hidrofilitás, a hidrofobicitás és a Szuperhidrofobicitás definíciói: az alapok helyes meghatározása. A Journal of Physical Chemistry Letters, 5(4), 686-688. https://doi.org/10.1021/jz402762h
• Ohshima, H., Yamashita, Y. and Sakamoto, K. (2016). Hidrofil-lipofil egyensúly (HLB): a felületaktív anyag klasszikus indexálása és új indexálása. In Encyclopedia of Biocolloid and Biointerface Science 2V Set, H. Ohshima (Szerk.). doi:10.1002 / 9781119075691. ch45
• Piozzi, A., Francolini, I., Occhiaperti, L., Venditti, M., & Marconi, W. (2004). Antibiotikumokkal bevont poliuretánok antimikrobiális aktivitása: új megközelítés a mikrobiális kolonizáció alól mentes orvosi eszközök megvalósításához. Nemzetközi gyógyszerészeti folyóirat, 280(1-2), 173-183. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2004.05.017
• Taib M. N., & Julkapli N. M. (2019). A természetes szál alapú és hibrid kompozitok dimenziós stabilitása.
• Tavana H., Lam C., Grundke K., Friedel P., Kwok D., haj M., Neumann A. (2004). Érintkezési szög mérése terjedelmes molekulákból álló folyadékokkal. Journal of Colloid and Interface Science 279:493-502.
• Wirth J., Tahriri M., Khoshroo K., Rasoulianboroujeni M., Dentino A. R., Tayebi L. (2017). A fogászati implantátumok felületi módosítása. Tayebi L., Moharamzadeh K. (Eds). Biomaterials for Oral and Dental Tissue Engineering (In.) Woodhead kiadó, 85-96. doi.org/10.1016/B978-0-08-100961-1.00006-2.