hydrofil
adj.f-l-l / i stand til at interagere med vand gennem hydrogenbinding

hydrofil Definition

hvad betyder et hydrofilt eller hydrofilt stof? Hvis et molekyle er” vandelskende”, er det kendt som ‘hydrofil’ (substantiv), der har ‘hydrofil natur’. I modsætning hertil, hvis et molekyle ikke kan lide vand, dvs.afvise vand, er det kendt som ‘hydrofob’. Graden eller omfanget, i hvilket et molekyle eller en overflade tiltrækker vand, er kendt som ‘hydrofiliciteten’ af dette molekyle. Få almindelige eksempler på hydrofile stoffer er sukker, salt, stivelse og cellulose.

hydrofile stoffer er polære. ‘Ligesom opløser som’ teori styrer det faktum, at hydrofile stoffer har tendens til let at opløses i vand eller polære opløsningsmidler, mens hydrofobe stoffer er dårligt opløselige i vand eller polære opløsningsmidler.

Vi har alle set eksemplet på hydrofile stoffer i vores daglige liv. Hver enkelt af os har set, at vand undertiden spredes jævnt ud på en overflade, mens det i visse tilfælde danner små dråber. Hvorfor så?

det er fordi visse overflader er vandelskende eller hydrofile, og derfor spreder vand sig, mens det i tilfælde af dårligt hydrofile stoffer (eller hydrofobe stoffer) danner små dråber, da disse overflader afviser vand.

kemi bag hydrofilicitet

hydrofile molekyler eller hydrofile dele er dybest set polære forbindelser, der har Ioniske grupper. Den polære natur af disse hydrofile molekyler gør det muligt for dem let at absorbere vand eller polært opløsningsmiddel og til sidst opløses i de polære opløsningsmidler som vand. At være et polært protisk opløsningsmiddel er vand i stand til at danne en hydrogenbinding (-H-OH -). Hydrofile molekyler er polære og danner let en hydrogenbinding med vand, hvorved de opløses i vand. Især foretrækkes disse interaktioner mellem det hydrofile molekyle og vand termodynamisk. Generelt kan hydrofile stoffer let danne hydrogenbindinger med polære opløsningsmidler som vand, alkohol.

kemisk har hydrofile stoffer Ioniske (ladede) grupper, der indeholder ilt-eller nitrogenatomer. Polariteten af et stof definerer normalt dets hydrofilicitet. Nogle af de almindelige funktionelle grupper, der findes i hydrofile stoffer/overflader, er optaget i tabel 1.

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

som hovedregel varierer hydrofiliciteten af enhver overflade i henhold til den funktionelle gruppe og evnen til hydrogenbinding: ikke-polær < Polar, ingen hydrogenbinding < polar, hydrogenbinding < hydroksylisk, ionisk. Hydrofilicitet påvirkes signifikant af antallet af steder og strukturen og densiteten af interfaseområdet.

måling af hydrofilicitet

måling af kontaktvinkel er en vigtig parameter til kvantificering af et stofs hydrofilicitet, hvilket yderligere er tegn på befugtbarheden. Hydrofile stoffer har god befugtbarhed. Befugtbarhed er væskens evne til at forblive i kontakt med den faste overflade. Graden af fugtbarhed måles ved hjælp af en kontaktvinkel. Kontaktvinklen (kr) er vinklen mellem overfladen og kanten af dråben. En hydrofil overflade har en kontaktvinkel (liter) <90 liter, mens den hydrofobe overflade udviser en kontaktvinkel (liter) >90 liter, vist i Figur 1 (nedenfor). En højere kontaktvinkel indikerer den stærkere væske-væske-interaktion snarere end væske-overfladeinteraktion, hvilket gør materialet hydrofobt.

Hvis væsken spredes ud på en overflade og befugter et stort område af overfladen, er kontaktvinklen mindre end 90 liter og betragtes som hydrofil eller vandelskende (figur 2). Mens hvis en væske danner dråbe, er kontaktvinklen mere end 90 liter og anses for at være en hydrofob eller vandafstødende (figur 2). Fugtbarhed er en vigtig parameter for planter og dyr. Lotusblomsterblade og Risblade udviser en ikke-befugtende overflade, hvor bladene forbliver tørre, og vanddråber ruller ud fra overfladen af bladene og holder dem rene hele tiden. Visse dyr som Namib ørken biller, formår at overleve i det tørre område på grund af deres evne til at absorbere fugt fra miljøet via hydrofile strukturer på deres kropsoverflade.

fra ovenstående diskussion ved vi nu, at de hydrofile overflader har tendens til at sprede vandet over deres overflade og ikke tillade dannelse af vanddråber. Denne funktionalitet af de hydrofile overflader anvendes til at gøre anti-dug overflader i bilindustrien.

på grund af hydrofil natur har et stof en tendens til at have vandabsorptionsevne via kapillærvirkning. Omfanget af vandabsorption af et hydrofilt stof afhænger af stoffets porøsitet.

anvendelser af hydrofile stoffer

hydrofile polymerer og molekyler anvendes i vid udstrækning inden for fysik, kemi, teknik, biomedicinsk, lægemiddelafgivelse fødevarer, lægemidler, maling, tekstiler, papir, konstruktioner, klæbemidler, belægninger, vandbehandling, dispergerings-og suspensionsmidler, stabilisatorer, fortykningsmidler, geleringsmidler, flokkuleringsmidler og koaguleringsmidler, filmdannere, fugtighedsbevarende midler, bindemidler og smøremidler, personlig pleje, byggeprodukter, vaskemidler, oliefelt produkter og mineralforarbejdning mv.

hydrofile polymerer udviser god vanddamppermeabilitet på grund af Ioniske grupper. Tøj eller beklædning, der kræves for at være åndbar, består af hydrofile fibre.

hydrofile polymerer som Cellulose, alginat og chitosan er de mest udbredte i fødevareindustrien, hvor de anvendes som fortykningsmiddel, stabilisator og geleringsmiddel.

tilsætning af hydrofile stoffer som stivelsesbaserede forbindelser til de hjemmelavede plantepotter. Dette hjælper med at reducere kravet om hyppig vanding og forbrug.

hydrofile stoffer har evnen til at absorbere og holde vand. Hydrogeler er en type hydrofile polymerer, der i vid udstrækning anvendes i sanitære produkter, biomedicinsk teknik, bioseparation, landbrug, fødevareforarbejdning og oliegenvinding, for at nævne nogle få. Den karakteristiske egenskab ved disse hydrogeler er at absorbere vand og svulme. Hydrofile hydrogeler har også en blød karakter sammen med biokompatibilitet. Hydrogeler er copolymerer eller homopolymerer, der fremstilles ved tværbinding af monomerer. Disse monomerer har en ioniserbar gruppe eller en funktionel gruppe, der kan ioniseres. Hydrogeler kan indeholde svagt basiske grupper som substituerede aminer eller svagt sure grupper som carboksilsyre eller en stærk basisk og sur gruppe som kvaternære ammoniumforbindelser og sulfonsyrer. Alle disse Ioniske grupper gør hydrogellerne hydrofile. Afhængig af deres evne til at holde vand/hævelse anvendes forskellige hydrogeler i forskellige applikationer, for eksempel hydrofile, ikke-porøse, langsomme hævelseshydrogelpolymerer anvendes til fremstilling af kontaktlinser og kunstige muskler, mens hydrofile, mikroporøse, hurtige hævelseshydrogelpolymerer anvendes til fremstilling af bleer. Polyacrylater og natriumpolyacrylater er de superabsorberende hydrofile hydrogelpolymerer, der anvendes til fremstilling af bleer. Disse superabsorberende hydrogeler kan holde vand svarende til 100 gange deres egen vægt.

hydrofile hydrogeler ligner den ekstracellulære Matrice, og af denne grund udforskes de bredt til fremstilling af kunstige vævs stilladser. På grund af biokompatibilitet anvendes de hydrofile hydrogeler i vid udstrækning i biomedicinske applikationer. Gelatine er en af de meget anvendte hydrofile hydrogeler. Gelatine er et animalsk biprodukt og består af protein & peptidlignende, kollagen. Gelatine anvendes mest til fremstilling af kapsler.

den hydrofile hydrogel hjælper også med at fremskynde sårhelingsprocessen, og derfor bruges de i vid udstrækning som et sårhelende middel.

hydrofile hydrogeler er superabsorberende materialer, der også er meget udbredt i lægemiddelafgivelsessystemer, vævsreparation og kosmetik. Hydrofile super porøse hydrogeler anvendes som desintegreringsmiddel eller super desintegreringsmiddel i en tablet til opnåelse af hurtig lægemiddelfrigivelse fra tabletten.

hydrofilicitet er et kritisk kriterium for absorption af et lægemiddelmolekyle. Det er et veletableret faktum, at for absorptionen af et lægemiddel i den menneskelige krop, bør lægemidlet være i en opløst tilstand. Hydrofile lægemidler har en tendens til let at opløses og opløses, hvilket muliggør lægemiddelabsorption. Således har hydrofile lægemidler med passende permeabilitet en højere sandsynlighed for at blive absorberet i kroppen let og udøve deres terapeutiske virkninger.

hydrofile stoffer overtrækkes på overfladen af medicinsk udstyr for at reducere bakterieadhæsion på overfladen af det medicinske udstyr. Hydrofile polymerer som polyvinylpyrrolidon (PVP), polyurethaner, polyacrylsyre (PAA), polyethylenoksid (PEO) og polysaccharider anvendes i vid udstrækning som anti-fouling belægninger på medicinsk udstyr som katetre, stenter. Så snart medicinsk udstyr er anbragt i kroppen, påbegyndes aflejringen af proteinlaget. Over en periode bliver dette lag meget tykt og kan resultere i alvorlige bivirkninger, nemlig., obstruktion osv. Derfor er det nødvendigt at omgå dannelsen af proteinlaget på overfladen af det medicinske udstyr. Hydrofile polymerer virker som et antifoulingmiddel og modstår derved opbygningen af dette proteinlag over overfladen af det medicinske udstyr. Derudover hjælper disse hydrofile polymerer med at reducere friktionskoefficienten, hvilket muliggør let instillation af det medicinske udstyr i kroppen.

af en lignende grund, men i en anden anvendelse anvendes hydrofile polymerer eller overflader i dele af den marine struktur, der anvendes under vand. På grund af kompatibilitet med vand står hydrofile overflader over for reduceret friktion under vandet og derved hjælper med deres lette bevægelse under vandet.

hydrofile polymerer anvendes som et antifoulingmiddel på filtreringsmembranerne i omvendt osmose (RO) filtrering. Polymerer som tværbundet poly (ethylenglycol) (PEG), triethylenglycol dimethylether (triglyme), cellulosebaseret osv. At være hydrofil i naturen tillader disse polymerer filtrering af vand gennem dem og modstår samtidig udviklingen af et bakterielag over dem.

Fluoridsyrebehandling til tandimplantater udføres for at øge hydrofiliciteten af tandimplantaterne. Dette resulterer i reduceret helingstid, nem etablering af implantatet og også en fast forankring af implantatet.

der er en gruppe molekyler, der har både hydrofile såvel som en hydrofob del i deres struktur, sådanne molekyler er kendt som Amfipatiske molekyler. Den mest almindelige kategori af sådanne molekyler er almindeligvis kendt som overfladeaktive stoffer. Imidlertid bestemmer bidrag eller størrelsen af den hydrofile del og den hydrofobe del i et overfladeaktivt molekyle dets natur som ‘hydrofile dele’ eller ‘hydrofobe dele’. Afhængigt af deres natur anvendes overfladeaktive molekyler i en lang række anvendelser. En skala kendt som’ hydrofil-lipofil Balance ‘ eller HLB-skala bruges som vejledning til at forstå den grundlæggende natur af overfladeaktive molekyler og bruge dem i overensstemmelse hermed. Således hjælper HLB-skalaen med at forstå affiniteten af det overfladeaktive molekyle mod et opløsningsmiddel. Hvis det overfladeaktive molekyle udviser en højere affinitet over for vandet eller det polære opløsningsmiddel, kategoriseres det under ‘hydrofile dele’, mens hvis et overfladeaktivt molekyle udviser en højere affinitet over for ikke-polære eller lipofile opløsningsmidler, kategoriseres det som hydrofob eller lipofile. Overfladeaktive stoffer er meget vigtige og kritiske for formulering og stabilisering af emulsioner. HLB-skalaen blev introduceret af Griffin og spænder normalt fra 0-20. Kategoriseringen af overfladeaktive molekyler baseret på HLB-skalaen er optaget i tabel 2.

tabel 2: HLB-skala til karakterisering af overfladeaktive stoffer

en lavere HLB-værdi er indikativ for overfladeaktive stoffers vandafvisende eller hydrofobe natur, mens en højere HLB-værdi er indikativ for overfladeaktive stoffers vandelskende eller hydrofile natur. Propylenglycolmonostearat, mono-og di-glycerider, lactylerede monoglycerider, succinylerede monoglycerider er nogle af de få overfladeaktive stoffer, der falder ind under kategorien hydrofobe eller lipofile overfladeaktive stoffer, der har HLB mindre end 10 og kan anvendes til stabilisering af uden emulsioner. Diacetylvinsyreestere af monoglycerid, polysorbater, lecithin er nogle af eksemplerne på de hydrofile overfladeaktive stoffer og kan anvendes til stabilisering af O/H-emulsioner. Interessant nok har et af de mest almindeligt anvendte overfladeaktive stoffer natriumlaurylsulfat en HLB-værdi på 40. Disse overfladeaktive stoffer anvendes i vid udstrækning i fødevare-og medicinalindustrien.

eksempler på hydrofile stoffer

Nogle af de almindelige eksempler på hydrofile stoffer er som følger:

• Protein
• Keratin
• Uld
• Bomuld
• Silica
• gips
• polyacrylamid
• polyurethaner med polyethylenglycolether

/li>

• polyvinylalkohol (PVA)
• polysaccharider (f. eks. cellulose) og derivater deraf (f. eks. 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). Hydrofile og hydrofobe materialer og deres anvendelser. Energikilder, del A:genopretning, Udnyttelse og miljøeffekter, 40: 22, 2686-2725, DOI: 10.1080/15567036.2018.1511642
• Erothu, H. og Kumar, A. C. (2016). Hydrofile Polymerer. I biomedicinske anvendelser af polymere materialer og kompositter (eds R. Francis og D. Sakthi Kumar). doi:10.1002 / 9783527690916. ch7
• Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (2019). RO membran Fouling, In: omvendt osmose, Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (Eds). Elsevier, s.189-220. doi.org/10.1016/B978-0-12-811468-1.00008-6.
• lov K. Y. (2014). Definitioner for hydrofilicitet, hydrofobicitet og Superhydrofobicitet: at få det grundlæggende rigtigt. Journal of Physical Chemistry Letters, 5 (4), 686-688. https://doi.org/10.1021/jz402762h
• Ohshima, H., Yamashita, Y. og Sakamoto, K. (2016). Hydrofil-lipofile Balance (HLB): klassisk indeksering og ny indeksering af overfladeaktivt stof. I Encyclopedia of Biocolloid og Biointerface Science 2V sæt, H. Ohshima (Red.). doi:10.1002 / 9781119075691. ch45
• Pios, A., Francolini, I., Occhiaperti, L., Venditti, M.,& Marconi, V. (2004). Antimikrobiel aktivitet af polyurethaner belagt med antibiotika: en ny tilgang til realisering af medicinsk udstyr undtaget fra mikrobiel kolonisering. International journal of pharmaceutics, 280 (1-2), 173-183. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2004.05.017
• Taib M. N., & Julkapli N. M. (2019). Dimensionel stabilitet af naturlige fiberbaserede og hybridkompositter.
• Tavana H., Lam C., Grundke K., Friedel P., kvok D., Hair M., Neumann A. (2004). Kontaktvinkelmålinger med væsker bestående af voluminøse molekyler. Tidsskrift for kolloid og grænseflade videnskab 279:493-502.J., Tahriri M., Khoshroo K., Rasoulianboroujeni M., Dentino A. R., Tayebi L. (2017). Overflademodifikation af tandimplantater. Tayebi L., Moharamsadeh K. (Eds). Biomaterialer til Oral og Dental væv Engineering (In.) Træhovedudgivelse, s. 85-96, doi.org/10.1016/B978-0-08-100961-1.00006-2.