hidrofil
adj.
/oktiha oktsdr okts.F unqql unqq/ capabil să interacționeze cu apa prin legarea hidrogenului

definiție hidrofilă

Ce înseamnă o substanță hidrofilă sau hidrofilă? Dacă o moleculă este” iubitoare de apă”, este cunoscută sub numele de „hidrofil” (substantiv) care posedă „natură hidrofilă”. În schimb, dacă o moleculă nu-i place apa, adică respinge apa, este cunoscută sub numele de hidrofobă. Gradul sau măsura în care o moleculă sau o suprafață atrage apa este cunoscută sub numele de hidrofilitate a moleculei respective. Câteva exemple comune de substanțe hidrofile sunt zahărul, sarea, amidonul și celuloza.

substanțele hidrofile sunt de natură polară. Teoria ‘like dissolves like’ guvernează faptul că substanțele hidrofile tind să se dizolve ușor în apă sau solvenți polari, în timp ce substanțele hidrofobe sunt slab solubile în apă sau solvenți polari.

cu toții am văzut exemplul substanțelor hidrofile în viața noastră de zi cu zi. Fiecare dintre noi a văzut că uneori apa se întinde uniform pe o suprafață, în timp ce în anumite cazuri formează picături mici. De ce așa?

se datorează faptului că anumite suprafețe sunt iubitoare de apă sau hidrofile și, prin urmare, apa se răspândește în timp ce în cazul substanțelor slab hidrofile (sau substanțe hidrofobe) formează picături mici pe măsură ce aceste suprafețe resping apa.

chimia din spatele Hidrofilicității

moleculele hidrofile sau fragmentele hidrofile sunt practic compuși polari care au grupări ionice. Natura polară a acestor molecule hidrofile le permite să absoarbă ușor apa sau solventul polar și, în cele din urmă, să se dizolve în solvenții polari, cum ar fi apa. Fiind un solvent protic polar, apa este capabilă să formeze o legătură de hidrogen (- H-OH -). Moleculele hidrofile sunt de natură polară și formează cu ușurință o legătură de hidrogen cu apa, dizolvându-se astfel în apă. În special, aceste interacțiuni între molecula hidrofilă și apă sunt favorizate termodinamic. În general, substanțele hidrofile pot forma cu ușurință legături de hidrogen cu solvenți polari precum apa, alcoolul.din punct de vedere chimic, substanțele hidrofile au grupări ionice (încărcate) care conțin atomi de oxigen sau azot. Polaritatea unei substanțe definește de obicei hidrofilitatea acesteia. Unele dintre grupurile funcționale comune găsite în substanțele/suprafețele hidrofile sunt înscrise în tabelul 1.

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

ca regulă generală, hidrofilitatea oricărei suprafețe variază în funcție de grupul funcțional și capacitatea de legare a hidrogenului: nepolar < polar, fără legătură de hidrogen < polar, legătură de hidrogen < hidroxilic, ionic. Hidrofilicitatea este influențată în mod semnificativ de numărul de situri și de structura și densitatea zonei interfazice.

măsurarea Hidrofilicității

măsurarea unghiului de Contact este un parametru major pentru cuantificarea hidrofilicității unei substanțe, ceea ce indică în continuare umectabilitatea. Substanțele hidrofile posedă o bună umectabilitate. Umectabilitatea este capacitatea lichidului de a rămâne în contact cu suprafața solidă. Gradul de umectabilitate este măsurat folosind un unghi de contact. Unghiul de contact (XV) este unghiul dintre suprafață și marginea picăturii. O suprafață hidrofilă are un unghi de contact (XV)<90 Irak, în timp ce suprafața hidrofobă prezintă un unghi de contact (XV)>90 Irak, prezentat în Figura 1 (de mai jos). A mai mare unghiul de contact indică interacțiunea mai puternică lichid-lichid, mai degrabă decât interacțiunea lichid-suprafață, făcând astfel Materialul hidrofob.

dacă lichidul se întinde pe o suprafață, umezind o suprafață mare a suprafeței, atunci unghiul de contact este mai mic de 90% și este considerat hidrofil sau iubitor de apă (Figura 2). În timp ce, în cazul în care un lichid formează o picătură, unghiul de contact este mai mare de 90% și este considerat a fi hidrofob sau hidrofob (Figura 2). Umectabilitatea este un parametru important pentru plante și animale. Frunzele de flori de Lotus și frunzele de orez prezintă o suprafață care nu umezește, în care frunzele rămân uscate și picăturile de apă se rostogolesc de pe suprafața frunzelor, menținându-le curate tot timpul. Anumite animale, cum ar fi gândacii deșertului Namib, reușesc să supraviețuiască în regiunea uscată datorită capacității lor de a absorbi umezeala din mediu prin intermediul structurilor hidrofile de pe suprafața corpului lor.

Din discuția de mai sus, știm acum că suprafețele hidrofile tind să răspândească apa pe suprafața lor și nu permit formarea picăturilor de apă. Această funcționalitate a suprafețelor hidrofile este utilizată pentru a face suprafețe anti-ceață în industria automobilelor.datorită naturii hidrofile, o substanță tinde să posede capacitatea de absorbție a apei prin acțiunea capilară. Gradul de absorbție a apei a unei substanțe hidrofile depinde de porozitatea substanței.

aplicațiile substanțelor hidrofile

polimerii și moleculele hidrofile sunt utilizate pe scară largă în domeniul fizicii, chimiei, ingineriei, biomedicale, livrării de medicamente produse alimentare, farmaceutice, vopsele, textile, hârtie, construcții, adezivi, acoperiri pentru tratarea apei, agenți de dispersie și suspendare, stabilizatori, agenți de îngroșare, gelifianți, floculanți și coagulanți, formatori de film, umectanți, lianți și lubrifianți, pentru îngrijirea personală, produse pentru construcții, detergenți pentru câmpuri petroliere produse și prelucrarea mineralelor etc.

polimerii hidrofili prezintă o bună permeabilitate la vapori de apă datorită grupărilor ionice. Îmbrăcămintea sau îmbrăcămintea care trebuie să fie respirabilă este alcătuită din fibre hidrofile.polimerii hidrofili, cum ar fi celuloza, alginatul și chitosanul, sunt cei mai folosiți în industria alimentară, în care sunt utilizați ca agent de îngroșare, stabilizator și agent de gelifiere.

adăugarea de substanțe hidrofile, cum ar fi compușii pe bază de amidon, în ghivecele de plante cultivate acasă. Acest lucru ajută la reducerea necesarului de udare și consum frecvent.

substanțele hidrofile au capacitatea de a absorbi și reține apa. Hidrogelurile sunt un tip de polimeri hidrofili care sunt utilizați pe scară largă în produsele sanitare, ingineria biomedicală, biosepararea, agricultura, prelucrarea alimentelor și recuperarea uleiului, pentru a menționa câteva. Proprietatea caracteristică a acestor hidrogeluri este de a absorbi apa și de a se umfla. Hidrogelurile hidrofile au, de asemenea, un caracter moale, împreună cu biocompatibilitatea. Hidrogelurile sunt copolimeri sau homopolimeri care sunt preparați prin reticularea monomerilor. Acești monomeri au un grup ionizabil sau un grup funcțional care poate fi ionizat. Hidrogelurile pot conține grupări slab bazice, cum ar fi aminele substituite, sau grupări slab acide, cum ar fi acidul carboxilic, sau un grup puternic bazic și acid, cum ar fi compușii de amoniu cuaternar și acizii sulfonici. Toate aceste grupuri ionice fac hidrogelurile hidrofile. În funcție de capacitatea lor de a reține apa/umflarea, diferite hidrogeluri sunt utilizate în diferite aplicații, de exemplu, polimerii hidrogel hidrofili, neporoși, cu umflare lentă sunt utilizați în fabricarea lentilelor de contact și a mușchilor artificiali, în timp ce polimerii hidrogel hidrofili, microporoși, cu umflare rapidă sunt utilizați în fabricarea scutecelor. Poliacrilații și poliacrilații de sodiu sunt polimerii hidrogel hidrofili superabsorbanți care sunt utilizați la fabricarea scutecelor. Aceste hidrogeluri superabsorbante pot deține apă echivalentă cu 100 de ori greutatea proprie.hidrogelurile hidrofile sunt similare matricei extracelulare și, din acest motiv, sunt explorate pe scară largă pentru a face schele artificiale de țesut. Datorită biocompatibilității, hidrogelurile hidrofile sunt utilizate pe scară largă în aplicațiile biomedicale. Gelatina este unul dintre hidrogelurile hidrofile utilizate pe scară largă. Gelatina este un produs secundar de origine animală și este alcătuită din proteine & colagen asemănător peptidelor. Gelatina este cel mai frecvent utilizată pentru prepararea capsulelor.hidrogelul hidrofil ajută, de asemenea, la accelerarea procesului de vindecare a rănilor și, prin urmare, este utilizat pe scară largă ca agent de vindecare a rănilor.hidrogelurile hidrofile sunt materiale superabsorbante care sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în sistemele de livrare a medicamentelor, repararea țesuturilor și cosmeticele. Hidrogelurile super poroase hidrofile sunt utilizate ca dezintegrant sau super dezintegrant într-o tabletă pentru a obține eliberarea rapidă a medicamentului din tabletă.

hidrofilicitatea este un criteriu critic pentru absorbția unei molecule de medicament. Este un fapt bine stabilit că, pentru absorbția unui medicament în corpul uman, medicamentul trebuie să fie într-o stare solubilizată. Medicamentele hidrofile tind să se dizolve cu ușurință și sunt solubilizate, permițând astfel absorbția medicamentului. Astfel, medicamentele hidrofile cu permeabilitate adecvată au o probabilitate mai mare de a fi absorbite cu ușurință în organism și de a-și exercita efectele terapeutice.

substanțele hidrofile sunt acoperite pe suprafața dispozitivelor medicale pentru a reduce aderența bacteriană pe suprafața dispozitivului medical. Polimerii hidrofili, cum ar fi polivinilpirolidona (PVP), poliuretanii, acidul poliacrilic (PAA), oxidul de polietilenă (PEO) și polizaharidele sunt utilizate pe scară largă ca acoperiri anti-murdărire pe dispozitivele medicale, cum ar fi catetere, stenturi. De îndată ce orice dispozitiv medical este plasat în organism, este inițiată depunerea stratului proteic. Pe o perioadă de timp, acest strat devine foarte gros și poate duce la efecte secundare grave și anume., obstrucție etc. Prin urmare, este necesar să se eludeze formarea stratului proteic pe suprafața dispozitivului medical. Polimerii hidrofili acționează ca un agent anti-murdărire și astfel rezistă la acumularea acestui strat proteic pe suprafața dispozitivului medical. În plus, acești polimeri hidrofili ajută la reducerea coeficientului de frecare, permițând astfel ușurința instilării dispozitivului medical în organism.

dintr-un motiv similar, dar într-o aplicație diferită, polimerii sau suprafețele hidrofile sunt utilizate în părți ale structurii marine care sunt utilizate sub apă. Datorită compatibilității cu apa, suprafețele hidrofile se confruntă cu frecare redusă sub apă, ajutând astfel la mișcarea lor ușoară sub apă.

polimerii hidrofili sunt folosiți ca agent antivegetativ pe membranele de filtrare în filtrarea prin osmoză inversă (RO). Polimeri cum ar fi poli reticulat (etilen glicol) (PEG), Trietilen glicol dimetil eter (triglyme), pe bază de celuloză, etc sunt utilizate în membranele de filtrare RO. Fiind de natură hidrofilă, acești polimeri permit filtrarea apei prin ele și rezistă în același timp dezvoltării unui strat bacterian peste ele.

tratamentul cu acid fluorurat la implanturile dentare se efectuează pentru a crește hidrofilitatea implanturilor dentare. Acest lucru are ca rezultat reducerea timpului de vindecare, stabilirea ușoară a implantului și, de asemenea, o ancorare fermă a implantului.

există un grup de molecule care au atât o parte hidrofilă, cât și o parte hidrofobă în structura lor, astfel de molecule sunt cunoscute sub numele de molecule Amfipatice. Cea mai comună categorie de astfel de molecule este cunoscută în mod obișnuit ca agenți tensioactivi. Cu toate acestea, contribuția sau dimensiunea părții hidrofile și a părții hidrofobe dintr-o moleculă de surfactant determină natura sa ca ‘părți hidrofile’ sau ‘părți hidrofobe’. În funcție de natura lor, moleculele de surfactant sunt utilizate într-o mare varietate de aplicații. O scară cunoscută sub numele de echilibru hidrofil-lipofil sau scara HLB este utilizată ca îndrumare pentru a înțelege natura de bază a moleculelor de surfactant și a le folosi în consecință. Astfel, scara HLB ajută la înțelegerea afinității moleculei de surfactant față de un solvent. În cazul în care molecula de surfactant prezintă o afinitate mai mare față de apă sau solvent polar, aceasta este clasificată sub ‘fragmente hidrofile’, în timp ce dacă o moleculă de surfactant prezintă o afinitate mai mare față de solvenții nepolari sau lipofili, este clasificată ca hidrofobă sau lipofilă. Surfactanții sunt foarte importanți și critici pentru formularea și stabilizarea emulsiilor. Scara HLB a fost introdusă de Griffin și variază de obicei între 0-20. Clasificarea moleculelor de surfactant pe baza scalei HLB este prezentată în tabelul 2.

Tabelul 2: Scala HLB pentru caracterizarea agenților tensioactivi

o valoare HLB mai mică indică natura hidrofobă sau hidrofobă a agenților tensioactivi, în timp ce o valoare HLB mai mare indică natura hidrofilă sau iubitoare de apă a agenților tensioactivi. Monostearat de propilen glicol, mono – și di-gliceride, monogliceride lactilate, monogliceride succinilate sunt câțiva dintre puținii agenți tensioactivi care se încadrează în categoria surfactanților hidrofobi sau lipofili, care au HLB mai mic de 10 și pot fi utilizați pentru stabilizarea emulsiilor W/O. Esterii acidului diacetil tartric ai monogliceridei, polisorbaților, lecitinei sunt câteva dintre exemplele agenților tensioactivi hidrofili și pot fi utilizați pentru stabilizarea emulsiilor O/W. Interesant este că unul dintre cei mai frecvent utilizați surfactanți, laurilsulfatul de sodiu are o valoare HLB de 40. Acești agenți tensioactivi sunt utilizați pe scară largă în industria alimentară și Farmaceutică.

Exemple de substanțe hidrofile

unele dintre exemplele comune de substanțe hidrofile sunt după cum urmează:

• proteine
• keratina
• lână
• bumbac
• silice
• gips
• polietilen glicol eteri
• poliacrilic amidă
• poliuretani cu polietilen glicol eter
• alcool polivinilic (PVA)
• polizaharide (de exemplu celuloză) și derivații săi (de exemplu. 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). Materiale hidrofile și hidrofobe și aplicațiile acestora. Surse de energie, Partea A: recuperare, Utilizare și efecte asupra mediului, 40:22, 2686-2725, DOI: 10.1080/15567036.2018.1511642
• Erothu, H. și Kumar, A. C. (2016). Polimeri Hidrofili. În aplicațiile Biomedicale ale materialelor polimerice și compozite (eds R. Francis și D. Sakthi Kumar). doi: 10.1002 / 9783527690916. ch7
• Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (2019). Ro murdărirea membranei, în: osmoză inversă, Ismail A. F., Khulbe K. C., Matsuura T. (Eds). Elsevier, PP. 189-220. doi.org/10.1016/B978-0-12-811468-1.00008-6.
• Legea K. Y. (2014). Definiții pentru hidrofilitate, hidrofobicitate și Superhidrofobicitate: obținerea corectă a elementelor de bază. Jurnalul de Litere De Chimie Fizică, 5 (4), 686-688. https://doi.org/10.1021/jz402762h
• Ohshima, H., Yamashita, Y. și Sakamoto, K. (2016). Echilibrul hidrofil-lipofil( HLB): indexarea clasică și indexarea nouă a surfactantului. În 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). Activitatea antimicrobiană a Poliuretanilor acoperiți cu antibiotice: o nouă abordare a realizării dispozitivelor medicale scutite de colonizarea microbiană. Jurnalul Internațional de farmacie, 280 (1-2), 173-183. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2004.05.017
• Taib M. N., & Julkapli N. M. (2019). Stabilitatea dimensională a compozitelor naturale pe bază de fibre și hibride.
• Tavana H., Lam C., Grundke K., Friedel P., Kwok D., părul M., Neumann A. (2004). Măsurători ale unghiului de Contact cu lichide constând din molecule voluminoase. Jurnalul de știință coloidală și interfață 279:493-502.
• Wirth J., Tahriri M., Khoshroo K., Rasoulianboroujeni M., Dentino A. R., Tayebi L. (2017). Modificarea suprafeței implanturilor dentare. Tayebi L., Moharamzadeh K. (Eds). Biomateriale pentru ingineria țesuturilor orale și dentare (în.) Editura Woodhead, PP. 85-96, doi.org/10.1016/B978-0-08-100961-1.00006-2.