idrofilo
adj.
/ˈhadrdrəʊ.fllkk / Capace di interagire con l’acqua attraverso il legame di idrogeno

Definizione idrofila

Cosa significa una sostanza idrofila o idrofila? Se una molecola è” amante dell’acqua”, è nota come “idrofila” (sostantivo) che possiede “natura idrofila”. Al contrario, se una molecola non ama l’acqua, cioè respinge l’acqua, è nota come “idrofobica”. Il grado o la misura in cui una molecola o una superficie attrae l’acqua è noto come “idrofilia” di quella molecola. Pochi esempi comuni di sostanze idrofile sono zucchero, sale, amido e cellulosa.

Le sostanze idrofile sono di natura polare. La teoria “Come dissolve come” regola il fatto che le sostanze idrofile tendono a dissolversi facilmente in acqua o solventi polari mentre le sostanze idrofobe sono scarsamente solubili in acqua o solventi polari.

Tutti abbiamo visto l’esempio delle sostanze idrofile nella nostra vita quotidiana. Ognuno di noi ha visto che a volte l’acqua si sparge uniformemente su una superficie mentre in certi casi forma piccole goccioline. Perché così?

È perché certe superfici sono idrofile o idrofile e quindi l’acqua si diffonde mentre nel caso di sostanze scarsamente idrofile (o sostanze idrofobiche) forma minuscole goccioline mentre queste superfici respingono l’acqua.

Chimica dietro l’idrofilia

Le molecole idrofile o le parti idrofile sono fondamentalmente composti polari che hanno gruppi ionici. La natura polare di queste molecole idrofile consente loro di assorbire facilmente acqua o solvente polare e alla fine di dissolversi nei solventi polari come l’acqua. Essendo un solvente protico polare, l’acqua è in grado di formare un legame idrogeno (-H OH OH-). Le molecole idrofile sono di natura polare e formano facilmente un legame idrogeno con l’acqua, sciogliendosi in acqua. In particolare, queste interazioni tra la molecola idrofila e l’acqua sono favorite termodinamicamente. In generale, le sostanze idrofile possono facilmente formare legami idrogeno con solventi polari come acqua, alcool.

Chimicamente, le sostanze idrofile hanno gruppi ionici (carichi) che contengono atomi di ossigeno o azoto. La polarità di una sostanza di solito definisce la sua idrofilia. Alcuni dei gruppi funzionali comuni presenti nelle sostanze/superfici idrofile sono elencati nella Tabella 1.

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

Come regola generale, l’idrofilia di qualsiasi superficie varia secondo il gruppo funzionale e capacità di legame idrogeno: non polari < polar, nessun legame idrogeno < polare, legame idrogeno < hydroxylic, ionico. L’idrofilia è significativamente influenzata dal numero di siti e dalla struttura e dalla densità dell’area interfase.

Misurazione dell’idrofilia

La misurazione dell’angolo di contatto è un parametro importante per quantificare l’idrofilia di una sostanza, che è ulteriormente indicativo della bagnabilità. Le sostanze idrofile possiedono una buona bagnabilità. La bagnabilità è la capacità del liquido di rimanere in contatto con la superficie solida. Il grado di bagnabilità viene misurato utilizzando un angolo di contatto. L’angolo di contatto (θ) è l’angolo tra la superficie e il bordo della gocciolina. Una superficie idrofila ha un angolo di contatto (θ)<90° mentre la superficie idrofoba mostra un angolo di contatto (θ)>90°, mostrato in Figura 1 (sotto). Un più alto l’angolo di contatto indica la più forte interazione liquido-liquido piuttosto che interazione liquido-superficie rendendo così il materiale idrofobo.

Se il liquido si diffonde su una superficie, bagnando una vasta area della superficie, l’angolo di contatto è inferiore a 90° ed è considerato idrofilo o amante dell’acqua (Figura 2). Mentre, se un liquido forma una goccia, l’angolo di contatto è superiore a 90° ed è considerato idrofobo o idrorepellente (Figura 2). La bagnabilità è un parametro importante per piante e animali. Le foglie di fiore di loto e le foglie di riso presentano una superficie non bagnante, in cui le foglie rimangono asciutte e le gocce d’acqua si stendono dalla superficie delle foglie mantenendole pulite tutto il tempo. Alcuni animali come i coleotteri del deserto del Namib, riescono a sopravvivere nella regione secca grazie alla loro capacità di assorbire l’umidità dall’ambiente attraverso strutture idrofile sulla loro superficie corporea.

Dalla discussione di cui sopra, ora sappiamo che le superfici idrofile tendono a distribuire l’acqua sulla loro superficie e non consentono la formazione di gocce d’acqua. Questa funzionalità delle superfici idrofile viene utilizzata per realizzare superfici anti-appannamento nell’industria automobilistica.

A causa della natura idrofila, una sostanza tende a possedere capacità di assorbimento dell’acqua attraverso l’azione capillare. L’entità dell’assorbimento d’acqua di una sostanza idrofila dipende dalla porosità della sostanza.

Applicazioni di Sostanze Idrofile

polimeri Idrofili e molecole sono ampiamente utilizzati nel campo della fisica, chimica, ingegneria biomedica, la consegna della droga, alimentare, farmaceutica, vernici, tessuti, carta, costruzioni, adesivi, rivestimenti, trattamento delle acque, di dispersione e di sospensione agenti, stabilizzanti, addensanti, gellants, flocculanti e coagulanti, film-formers, umettanti, leganti, lubrificanti, la cura personale, prodotti edili, detersivi, olio di campo prodotti e lavorazione dei minerali, ecc.

I polimeri idrofili presentano una buona permeabilità al vapore acqueo dovuta ai gruppi ionici. Abbigliamento o abbigliamento che è necessario per essere traspirante è costituito da fibre idrofile.

Polimeri idrofili come cellulosa, alginato e chitosano sono i più ampiamente utilizzati nell’industria alimentare in cui vengono utilizzati come agente addensante, stabilizzante e gelificante.

Aggiunta di sostanze idrofile come composti a base di amido ai vasi di piante coltivati in casa. Ciò aiuta a ridurre il requisito di frequenti annaffiature e consumi.

Le sostanze idrofile hanno la capacità di assorbire e trattenere l’acqua. Gli idrogel sono un tipo di polimeri idrofili ampiamente utilizzati nei prodotti sanitari, nell’ingegneria biomedica, nella bioseparazione, nell’agricoltura, nella trasformazione alimentare e nel recupero dell’olio, per citarne alcuni. La proprietà caratteristica di questi idrogel è di assorbire acqua e gonfiarsi. Gli idrogel idrofili hanno anche un carattere morbido insieme alla biocompatibilità. Gli idrogel sono copolimeri o omopolimeri che vengono preparati mediante reticolazione di monomeri. Questi monomeri hanno un gruppo ionizzabile o un gruppo funzionale che può essere ionizzato. Gli idrogel possono contenere gruppi debolmente basici come ammine sostituite, o gruppi debolmente acidi come l’acido carbossilico, o un forte gruppo basico e acido come composti di ammonio quaternario e acidi solfonici. Tutti questi gruppi ionici rendono gli idrogel idrofili. A seconda della loro capacità di trattenere acqua/gonfiore, diversi idrogel sono utilizzati in diverse applicazioni, ad esempio, i polimeri idrogel idrofili, non porosi, a gonfiore lento vengono utilizzati nella produzione di lenti a contatto e muscoli artificiali, mentre i polimeri idrogel idrofili, microporosi, a gonfiore rapido vengono utilizzati nella produzione di pannolini. Poliacrilati e poliacrilati di sodio sono i polimeri idrogel idrofili superassorbenti che vengono utilizzati nella produzione di pannolini. Questi idrogel superassorbenti possono contenere acqua equivalente a 100 volte il proprio peso.

Gli idrogel idrofili sono simili alla matrice extracellulare e per questo motivo sono ampiamente studiati per realizzare scaffold di tessuti artificiali. A causa della biocompatibilità, gli idrogel idrofili sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni biomediche. La gelatina è uno degli idrogel idrofili ampiamente utilizzati. La gelatina è un sottoprodotto animale ed è costituita da proteine & peptide-like, collagene. La gelatina è più comunemente usata per preparare le capsule.

L’idrogel idrofilo aiuta anche ad accelerare il processo di guarigione delle ferite e quindi sono ampiamente utilizzati come agente di guarigione delle ferite.

Gli idrogel idrofili sono materiali superassorbenti che sono anche ampiamente utilizzati nei sistemi di somministrazione di farmaci, nella riparazione dei tessuti e nei cosmetici. Gli idrogel super porosi idrofili sono usati come disintegranti o super disintegranti in una compressa per ottenere un rilascio rapido del farmaco dalla compressa.

L’idrofilia è un criterio critico per l’assorbimento di una molecola di farmaco. È un fatto consolidato che per l’assorbimento di un farmaco nel corpo umano, il farmaco deve essere in uno stato solubilizzato. I farmaci idrofili tendono a dissolversi facilmente e sono solubilizzati, consentendo così l’assorbimento del farmaco. Pertanto, i farmaci idrofili con permeabilità adeguata hanno una maggiore probabilità di essere assorbiti facilmente nel corpo e di esercitare i loro effetti terapeutici.

Le sostanze idrofile sono rivestite sulla superficie dei dispositivi medici per ridurre l’adesione batterica sulla superficie del dispositivo medico. Polimeri idrofili come, polivinilpirrolidone (PVP), poliuretani, acido poliacrilico (PAA), ossido di polietilene (PEO) e polisaccaridi sono ampiamente utilizzati come rivestimenti antivegetativi sui dispositivi medici come cateteri, stent. Non appena un dispositivo medico viene inserito nel corpo, viene avviata la deposizione dello strato proteico. Per un periodo di tempo, questo strato diventa molto spesso e può causare gravi effetti collaterali vale a dire., ostruzione, ecc. Quindi, è necessario aggirare la formazione dello strato proteico sulla superficie del dispositivo medico. I polimeri idrofili agiscono come agente antivegetativo e quindi resistono all’accumulo di questo strato proteico sulla superficie del dispositivo medico. Inoltre, questi polimeri idrofili aiutano a ridurre il coefficiente di attrito consentendo così la facilità di instillazione del dispositivo medico nel corpo.

Per un motivo simile, ma in un’applicazione diversa, polimeri idrofili o superfici vengono utilizzati in parti della struttura marina utilizzate sott’acqua. Grazie alla compatibilità con l’acqua, le superfici idrofile affrontano un attrito ridotto sott’acqua, facilitando così il loro facile movimento sott’acqua.

I polimeri idrofili sono utilizzati come agente antivegetativo sulle membrane di filtrazione nella filtrazione ad osmosi inversa (RO). Polimeri come poli reticolato (glicole etilenico) (PEG), trietilenglicole dimetil etere (triglyme), a base di cellulosa, ecc sono utilizzati nelle membrane di filtrazione RO. Essendo di natura idrofila, questi polimeri consentono la filtrazione dell’acqua attraverso di essi e contemporaneamente resistono allo sviluppo di uno strato batterico su di essi.

Il trattamento con acido fluoro agli impianti dentali viene effettuato per aumentare l’idrofilia degli impianti dentali. Ciò si traduce in tempi di guarigione ridotti, la facilità di installazione dell’impianto e anche un fermo ancoraggio dell’impianto.

Esiste un gruppo di molecole che hanno sia una parte idrofila che una parte idrofobica nella loro struttura, tali molecole sono conosciute come molecole anfipatiche. La categoria più comune di tali molecole è comunemente nota come tensioattivi. Tuttavia, il contributo o la dimensione della parte idrofila e della parte idrofobica in una molecola di tensioattivo determinano la sua natura come “parti idrofile” o “parti idrofobiche”. A seconda della loro natura, le molecole di tensioattivo sono utilizzate in un’ampia varietà di applicazioni. Una scala nota come “Equilibrio idrofilo-lipofilo” o scala HLB viene utilizzata come guida per comprendere la natura di base delle molecole di tensioattivo e utilizzarle di conseguenza. Pertanto, la scala HLB aiuta a comprendere l’affinità della molecola di tensioattivo verso un solvente. Nel caso in cui la molecola di tensioattivo presenta una maggiore affinità verso l’acqua o il solvente polare, viene classificata sotto “parti idrofile”, mentre se una molecola di tensioattivo presenta una maggiore affinità verso solventi non polari o lipofili, viene classificata come idrofobica o lipofila. I tensioattivi sono molto importanti e critici per la formulazione e la stabilizzazione delle emulsioni. La scala HLB è stata introdotta da Griffin e di solito varia da 0 a 20. La categorizzazione delle molecole di tensioattivo in base alla scala HLB è riportata nella Tabella 2.

Tabella 2: Scala HLB per la caratterizzazione di tensioattivi

Un valore HLB inferiore è indicativo della natura idrorepellente o idrofobica dei tensioattivi mentre un valore HLB superiore è indicativo della natura idrofila o idrofobica dei tensioattivi. Glicole propilenico monostearato, mono-e di-gliceridi, monogliceridi lattilati, monogliceridi succinilati sono alcuni dei pochi tensioattivi che rientrano nella categoria dei tensioattivi idrofobici o lipofili, che hanno HLB inferiore a 10 e possono essere utilizzati per la stabilizzazione di emulsioni senza. Gli esteri dell’acido tartarico diacetilico di monogliceride, polisorbati, lecitina sono alcuni degli esempi dei tensioattivi idrofili e possono essere utilizzati per la stabilizzazione di emulsioni O / W. È interessante notare che uno dei tensioattivi più comunemente usati, il sodio lauril solfato ha un valore HLB di 40. Questi tensioattivi sono ampiamente utilizzati nell’industria alimentare e farmaceutica.

Esempi di Sostanze Idrofile

Alcuni dei più comuni esempi di sostanze idrofile sono come segue:

• Proteina
• Cheratina
• Lana
• Cotone
• Silice
• Gesso
• Polietilene glicol eteri
• Poliacrilico ammide
• Poliuretani con polietilene glicole etere
• alcool Polivinilico (PVA)
• Polisaccaridi (cellulosa ad esempio) e i suoi derivati (ad es. 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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