hydrofiele
adj.
/hadrdrəʊ.fɪlkk / geschikt voor interactie met water door waterstofbinding

hydrofiele definitie

wat betekent een hydrofiel of hydrofiele stoffen? Als een molecuul “waterminnend” is, staat het bekend als ‘hydrofiel’ (zelfstandig naamwoord) die ‘hydrofiele aard’bezitten. Als een molecuul daarentegen niet van water houdt, dat wil zeggen water afstoten, staat het bekend als ‘hydrofoob’. De mate waarin een molecuul of oppervlak water aantrekt staat bekend als de’ hydrofiele ‘ van dat molecuul. Enkele veel voorkomende voorbeelden van hydrofiele stoffen zijn suiker, zout, zetmeel en cellulose.

hydrofiele stoffen zijn polair van aard. ‘Like lost like’ theorie regelt het feit dat hydrofiele stoffen de neiging hebben om gemakkelijk op te lossen in water of polaire oplosmiddelen, terwijl hydrofobe stoffen slecht oplosbaar zijn in water of polaire oplosmiddelen.we hebben allemaal het voorbeeld van hydrofiele stoffen in ons dagelijks leven gezien. Ieder van ons heeft gezien dat op de tijdperken water zich gelijkmatig over een oppervlak verspreidt, terwijl het in bepaalde gevallen kleine druppeltjes vormt. Waarom zo?

Het is omdat bepaalde oppervlakken waterminnend of hydrofiel zijn en daarom water zich verspreidt, terwijl in het geval van slecht hydrofiele stoffen (of hydrofobe stoffen) het kleine druppeltjes vormt als deze oppervlakken water afstoten.

chemie achter hydrofiliciteit

hydrofiele moleculen of hydrofiele delen zijn in principe polaire verbindingen met iongroepen. De polaire aard van deze hydrofiele molecules stelt hen in staat om water of polair oplosmiddel gemakkelijk te absorberen en uiteindelijk in de polaire oplosmiddelen zoals water worden opgelost. Omdat het een polair protisch oplosmiddel is, kan water een waterstofbinding vormen (- H–OH -). Hydrofiele moleculen zijn polair van aard en vormen gemakkelijk een waterstofbinding met water waardoor ze worden opgelost in water. Met name, zijn deze interactie tussen de hydrofiele molecule en water thermodynamisch begunstigd. In het algemeen kunnen hydrofiele stoffen gemakkelijk waterstofbindingen vormen met polaire oplosmiddelen zoals water, alcohol.

chemisch hebben hydrofiele stoffen Ionische (geladen) groepen die zuurstof-of stikstofatomen bevatten. De polariteit van een stof bepaalt meestal zijn hydrofiele werking. Enkele van de gemeenschappelijke functionele groepen in hydrofiele stoffen/oppervlakken worden vermeld in Tabel 1.

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

Als een algemene regel, de hydrophilicity van elk oppervlak varieert per functionele groep en de mogelijkheid voor waterstof binding: niet-polaire < polar, geen waterstof binding < polar, waterstof binding < hydroxylische, ionische. Hydrofiliciteit wordt in belangrijke mate beïnvloed door het aantal locaties en de structuur en dichtheid van het interfasegebied.

meting van de hydrofiele werking

Contacthoekmeting is een belangrijke parameter voor de kwantificering van de hydrofiele werking van een stof, die verder wijst op de bevochtigbaarheid. Hydrofiele substanties bezitten goede bevochtigbaarheid. Bevochtigbaarheid is het vermogen van de vloeistof om in contact te blijven met het vaste oppervlak. De mate van bevochtiging wordt gemeten met behulp van een contacthoek. De contacthoek (θ) is de hoek tussen het oppervlak en de rand van de druppel. Een hydrofiel oppervlak heeft een contacthoek (θ) <90°, terwijl het hydrofobe oppervlak een contacthoek (θ) >90° vertoont, weergegeven in Figuur 1 (hieronder). Hoger de contacthoek wijst op de sterkere vloeistof-vloeistof interactie eerder dan vloeistof-oppervlakte interactie waardoor het materiaal hydrophobic.

als de vloeistof zich over een oppervlak verspreidt en een groot oppervlak van het oppervlak bevochtigt, is de contacthoek kleiner dan 90° en wordt beschouwd als hydrofiel of waterminnend (Figuur 2). Terwijl, als een vloeistof druppeltje vormt, de contacthoek meer dan 90° is en als hydrofoob of waterafstotend wordt beschouwd (Figuur 2). Bevochtigbaarheid is een belangrijke parameter voor planten en dieren. Lotusbloem bladeren en rijst bladeren vertonen een niet-bevochtigend oppervlak, waarin bladeren droog blijven en waterdruppels uitrollen van het oppervlak van de bladeren houden ze schoon de hele tijd. Bepaalde dieren zoals de Namib-woestijnkevers overleven in het droge gebied dankzij hun vermogen om vocht uit de omgeving op te nemen via hydrofiele structuren op hun lichaamsoppervlak.uit de bovenstaande discussie weten we nu dat de hydrofiele oppervlakken de neiging hebben om het water over hun oppervlak uit te spreiden en de vorming van waterdruppels niet toestaan. Deze functionaliteit van de hydrofiele oppervlakken wordt gebruikt om anti-fogging oppervlakken in de auto-industrie te maken.

door hydrofiele aard heeft een stof de neiging waterabsorptievermogen te bezitten via capillaire werking. De mate van waterabsorptie van een hydrofiele stof hangt af van de porositeit van de stof.

Toepassingen van Hydrofiele Stoffen

Hydrofiele polymeren en moleculen worden wijd gebruikt op het gebied van fysica, chemie, engineering, biomedical, de aflevering van geneesmiddelen, voedingsmiddelen, farmaceutische producten, verf, textiel, papier, constructies, lijmen, coatings, water behandeling, verspreiden en schorsing van de agenten, stabilisatoren, verdikkingsmiddelen, gellants, vlokkingsmiddelen behandeld en stollingsmiddelen, film-mallen, vochtvasthoudende stoffen, bindmiddelen en smeermiddelen, persoonlijke verzorging, bouwproducten, detergenten, olieveld producten, en verwerking van mineralen, enz.

hydrofiele polymeren vertonen een goede waterdampdoorlaatbaarheid als gevolg van iongroepen. Kleding of kleding die nodig is om ademend is opgebouwd uit hydrofiele vezels.

hydrofiele polymeren zoals Cellulose, alginaat en chitosan worden het meest gebruikt in de voedingsindustrie, waar ze worden gebruikt als verdikkingsmiddel, stabilisator en geleermiddel.

toevoeging van hydrofiele stoffen zoals zetmeelhoudende verbindingen aan de in eigen land geteelde plantenpotten. Dit helpt om de behoefte aan frequente bewatering en consumptie te verminderen.

hydrofiele stoffen kunnen water opnemen en vasthouden. Hydrogels zijn een type hydrofiele polymeren die op grote schaal worden gebruikt in sanitaire producten, biomedische technologie, bioseparatie, landbouw, voedselverwerking en olieterugwinning, om er maar een paar te noemen. De karakteristieke eigenschap van deze hydrogels is om water op te nemen en op te zwellen. Hydrofiele hydrogels hebben ook een zacht karakter samen met biocompatibiliteit. Hydrogels zijn copolymeren of homopolymeren die worden bereid door middel van crosslinking van monomeren. Deze monomeren hebben een ioniseerbare groep of een functionele groep die kan worden geïoniseerd. Hydrogels kunnen zwak basische groepen bevatten zoals gesubstitueerde aminen, of zwak zure groepen zoals carbonzuur, of een sterke basische en zure groep zoals quaternaire ammoniumverbindingen en sulfonzuren. Al deze iongroepen maken de hydrogels hydrofiel. Afhankelijk van hun vermogen om water/zwelling vast te houden, worden verschillende hydrogels gebruikt in verschillende toepassingen, bijvoorbeeld hydrofiele, niet-poreuze, langzame zwelling hydrogelpolymeren worden gebruikt bij de productie van contactlenzen en kunstmatige spieren, terwijl hydrofiele, microporeuze, snelle zwelling hydrogelpolymeren worden gebruikt bij het maken van luiers. Polyacrylaten en natriumpolyacrylaten zijn de superabsorberende hydrofiele hydrogelpolymeren die worden gebruikt bij het maken van luiers. Deze superabsorberende hydrogels kunnen water vasthouden dat gelijk is aan 100 keer hun eigen gewicht.

hydrofiele hydrogels zijn vergelijkbaar met de extracellulaire matrix en om deze reden worden ze op grote schaal onderzocht voor het maken van kunstmatige weefselsteigers. Door biocompatibiliteit worden de hydrofiele hydrogels veel gebruikt in biomedische toepassingen. Gelatine is een van de meest gebruikte hydrofiele hydrogels. Gelatine is een dierlijk bijproduct en bestaat uit eiwit & peptide-achtig collageen. Gelatine wordt het meest gebruikt voor het bereiden van capsules.

de hydrofiele hydrogel helpt ook om het wondgenezingsproces te versnellen en wordt daarom veel gebruikt als wondgenezer.

hydrofiele hydrogels zijn superabsorberende materialen die ook veel worden gebruikt in geneesmiddelenafgiftesystemen, weefselherstelsystemen en cosmetica. Hydrofiele super poreuze hydrogels worden gebruikt als disintegrant of super disintegrant in een tablet voor het bereiken van een snelle afgifte van het geneesmiddel uit de tablet.

hydrofiliciteit is een kritisch criterium voor de absorptie van een geneesmiddelmolecuul. Het is een bekend feit dat Voor de absorptie van een medicijn in het menselijk lichaam het medicijn in een opgeloste staat moet zijn. Hydrofiele drugs hebben de neiging om gemakkelijk op te lossen en zijn opgelost, waardoor drug absorptie. Hydrofiele geneesmiddelen met geschikte permeabiliteit hebben dus een hogere kans om gemakkelijk in het lichaam te worden opgenomen en oefenen hun therapeutische effecten uit.

hydrofiele stoffen worden op het oppervlak van medische hulpmiddelen gecoat om bacteriële hechting op het oppervlak van het medische hulpmiddel te verminderen. Hydrofiele polymeren zoals, polyvinylpyrrolidon (PVP), polyurethanen, polyacrylzuur (PAA), polyethyleenoxide (PEO), en polysacchariden worden veel gebruikt als aangroeiwerende coatings op de medische apparaten zoals katheters, stents. Zodra een medisch hulpmiddel in het lichaam wordt geplaatst, wordt de afzetting van de eiwitlaag gestart. Over een periode van tijd, wordt deze laag zeer dik en kan leiden tot ernstige bijwerkingen, namelijk., obstructie, enz. Daarom is het noodzakelijk om de vorming van de eiwitlaag op het oppervlak van het medische hulpmiddel te omzeilen. Hydrofiele polymeren werken als aangroeiwerend middel en verzetten zich daardoor tegen de opbouw van deze eiwitlaag over het oppervlak van het medische apparaat. Bovendien helpen deze hydrofiele polymeren om de wrijvingscoëfficiënt te verminderen waardoor gemakkelijk instillatie van het medische apparaat in het lichaam mogelijk is.

om dezelfde reden, maar in een andere toepassing, worden hydrofiele polymeren of oppervlakken gebruikt in delen van de mariene structuur die onder water worden gebruikt. Als gevolg van compatibiliteit met water, hydrofiele oppervlakken geconfronteerd met verminderde wrijving onder water, waardoor het helpen in hun gemakkelijke beweging onder water.

hydrofiele polymeren worden gebruikt als aangroeiwerend middel op de filtratiemembranen in omgekeerde osmose (RO) – filtratie. Polymeren zoals cross-linked poly (ethyleenglycol) (PEG), triethyleenglycol dimethylether (triglyme), Cellulose-gebaseerde, enz.worden gebruikt in ro filtratiemembranen. Hydrofiel van aard zijn, laten deze polymeren filtratie van water door hen toe en verzetten zich gelijktijdig tegen de ontwikkeling van een bacteriële laag over hen.

Fluoridezuurbehandeling van tandheelkundige implantaten wordt uitgevoerd om de hydrofiele werking van de tandheelkundige implantaten te verhogen. Dit resulteert in een kortere genezingstijd, een gemakkelijke instelling van het implantaat en een stevige verankering van het implantaat.

Er is een groep moleculen die zowel hydrofiel als een hydrofoob deel in hun structuur hebben, dergelijke moleculen staan bekend als Amfipathische moleculen. De gemeenschappelijkste categorie van dergelijke molecules is algemeen genoemd geworden oppervlakteactieve stoffen. De bijdrage of de grootte van het hydrofiele deel en het hydrofobe deel in een oppervlakteactieve molecule bepalen echter de aard ervan als “hydrofiele delen” of “hydrofobe delen”. Afhankelijk van hun aard, worden de oppervlakteactieve molecules gebruikt in een grote verscheidenheid van toepassingen. Een schaal die als ‘hydrofiel-Lipophilic saldo’ of schaal HLB wordt bekend wordt gebruikt als leidraad om de fundamentele aard van oppervlakteactieve molecules te begrijpen en hen dienovereenkomstig te gebruiken. Aldus, helpt de schaal HLB om de affiniteit van de oppervlakteactieve molecule naar een oplosmiddel te begrijpen. Voor het geval dat de oppervlakteactieve molecule een hogere affiniteit naar het water of het polaire oplosmiddel tentoonstelt, wordt het gecategoriseerd onder ‘hydrofiele delen’, terwijl als een oppervlakteactieve molecule een hogere affiniteit naar niet-polaire of lipofiele oplosmiddelen tentoonstelt, wordt het gecategoriseerd als hydrophobic of lipofiele. Oppervlakteactieve stoffen zijn zeer belangrijk en van cruciaal belang voor de formulering en stabilisatie van emulsies. De schaal HLB werd geïntroduceerd door Griffin en varieert meestal van 0-20. De categorisatie van surfactantmolecules die op de schaal van HLB worden gebaseerd wordt aangeworven in Tabel 2.

Tabel 2: HLB-schaal voor de karakterisering van oppervlakteactieve stoffen

een lagere HLB-waarde wijst op de waterafstotende of hydrofobe aard van de oppervlakteactieve stoffen, terwijl een hogere HLB-waarde wijst op de waterminnende of hydrofiele aard van de oppervlakteactieve stoffen. Propyleenglycolmonostearaat, mono – en di-glyceriden, lactylated monoglyceriden, succinylated monoglyceriden zijn enkele van de weinige oppervlakteactieve stoffen die onder de categorie hydrophobic of lipofiele oppervlakteactieve stoffen vallen, die HLB minder dan 10 hebben en voor de stabilisatie van zonder emulsies kunnen worden gebruikt. Diacetyl wijnsteenzuur esters van monoglyceride, polysorbaten, lecithine zijn enkele voorbeelden van de hydrofiele oppervlakteactieve stoffen en kunnen worden gebruikt voor de stabilisatie van O/W emulsies. Interessant is dat één van de meest gebruikte oppervlakteactieve stoffen, natriumlaurylsulfaat een HLB-waarde van 40 heeft. Deze oppervlakteactieve stoffen worden veel gebruikt in de voedsel-en farmaceutische industrie.

voorbeelden van hydrofiele stoffen

enkele van de meest voorkomende voorbeelden van hydrofiele stoffen zijn:

• eiwit
• keratine
• wol
• Katoen
• Silica
• gips
• Polyethyleenglycolethers
• Polyacrylamide
• polyurethanen met polyethyleenglycolether
• polyvinylalcohol (PVA)
• polysachariden (bv. cellulose) en derivaten daarvan (bv. 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). Hydrofiele en hydrofobe materialen en hun toepassingen. Energy Sources, Part A: Recovery, Utility, and Environmental Effects, 40: 22, 2686-2725, DOI: 10.1080 / 15567036.2018.1511642
• Erothu, H. and Kumar, A. C. (2016). Hydrofiele Polymeren. In biomedische toepassingen van polymere materialen en composieten (eds R. Francis en D. Sakthi Kumar). doi: 10.1002 / 9783527690916. ch7
• Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (2019). RO Membrane Fouling, In: Reverse Osmosis, Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (Eds). Elsevier, pp. 189-220. doi.org/10.1016/B978-0-12-811468-1.00008-6.
• Law K. Y. (2014). Definities voor hydrofiliciteit, hydrofobiciteit en Superhydrofobiciteit: de basisprincipes goed krijgen. The Journal of Physical Chemistry Letters, 5 (4), 686-688. https://doi.org/10.1021/jz402762h
• Ohshima, H., Yamashita, Y. en Sakamoto, K. (2016). Hydrofiele-lipofiele balans (HLB): klassieke indexering en nieuwe indexering van oppervlakteactieve stoffen. In Encyclopedia of Biocolloid and Biointerface Science 2v Set, H. Ohshima (Ed.). doi: 10.1002 / 9781119075691. ch45
• Piozzi, A., Francolini, I., Occhiaperti, L., Venditti, M., & Marconi, W. (2004). Antimicrobiële activiteit van polyurethanen bedekt met antibiotica: een nieuwe benadering van de realisatie van medische hulpmiddelen vrijgesteld van microbiële kolonisatie. 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). Dimensionale stabiliteit van natuurlijke vezel-gebaseerde en hybride composieten.
• Tavana H., Lam C., Grundke K., Friedel P., Kwok D., Hair M., Neumann A. (2004). Contacthoekmetingen met vloeistoffen bestaande uit volumineuze moleculen. Journal of Colloid and Interface Science 279:493-502.
• Wirth J., Tahriri M., Khoshroo K., Rasoulianboroujeni M., Dentino A. R., Tayebi L. (2017). Oppervlakte modificatie van tandheelkundige implantaten. Tayebi L., Moharamzadeh K. (Eds). Biomaterialen voor orale en tandheelkundige weefseltechniek (In.) Woodhead Publishing, PP. 85-96, doi.org/10.1016/B978-0-08-100961-1.00006-2.