Egenskapen att stöta bort vatten
Hydrofobicitet (från annan grekisk ὕδωρ . "vatten" + φόβος "rädsla, rädsla") - egenskapen att stöta bort vatten, molekylens fysiska egenskap , "önskan" att undvika kontakt med vatten [1] . Själva molekylen i detta fall kallas hydrofob .
Hydrofoba molekyler är vanligtvis opolära och "föredrar" att vara bland andra neutrala molekyler och opolära lösningsmedel . Därför samlas vatten på en hydrofob yta med hög kontaktvinkel α till droppar. Och när hydrofoba vätskor tillsätts vatten, beroende på densiteten, samlas de i isolerade proppar, eller fördelas över vattenytan, som händer med olja.
Molekyler av alkaner , oljor , fetter och andra liknande material är hydrofoba. Hydrofoba material används för att rensa olja från vatten, städa upp oljeutsläpp och kemiska processer för att separera polära och opolära ämnen.
Ordet "hydrofob" används ofta som en synonym för ordet " lipofil " - "fettälskande", även om detta inte är helt korrekt. Faktum är att hydrofoba ämnen i allmänhet är lipofila, men det finns undantag bland dem - till exempel silikoner , fluorplast .
Enligt termodynamiken tenderar materia till ett tillstånd av minimal energi, och bindning sänker kemisk energi . Vattenmolekyler är polariserade och kan bilda vätebindningar med varandra , vilket förklarar många av vattnets unika egenskaper. Samtidigt är hydrofoba molekyler inte polariserade och kan inte bilda vätebindningar, så vatten stöter bort sådana molekyler och föredrar att bilda bindningar inom sig själva. Det är denna effekt som bestämmer den hydrofoba interaktionen, som kallas så inte helt korrekt, eftersom dess källa är interaktionen av hydrofila vattenmolekyler med varandra. [2] Så två oblandbara faser (hydrofila och hydrofoba) kommer att vara i ett sådant tillstånd där ytan av deras kontakt kommer att vara minimal. Denna effekt kan observeras i fenomenet fasseparation , som till exempel inträffar under separationen av en vatten-olja- emulsion .
Superhydrofoba material har ytor som är extremt motståndskraftiga mot vätning (med en kontaktvinkel med vatten som är större än 150°). Många av dessa material som finns i naturen lyder Cassiers lag och är bifasiska på submikronnivå, där en av komponenterna är luft . Lotuseffekten är baserad på denna princip. Ett exempel på ett superhydrofobt biomimetiskt material inom nanoteknik är en nanopinfilm.. Det visas att ytan av vanadinpentoxid kan växla mellan superhydrofobicitetoch superhydrofilicitet under inverkan av UV- strålning [3] . Enligt denna studie kan vilken yta som helst förses med en liknande egenskap genom att applicera en suspension av V 2 O 5 rosettformade partiklar på den , till exempel med hjälp av en bläckstråleskrivare . Här orsakas hydrofobiciteten också av interlaminära lufthåligheter (separerade med 2,1 nm ). Verkningsmekanismen för UV-strålning är att skapa elektron - hål-par , där hål reagerar med syreatomer i kristallgittret, skapar syrevakanser på ytan, och elektroner reducerar V 5+ till V 3+ . Syrevakanser täcks av vatten, och sådan vattenabsorption av vanadinytan gör den hydrofil. Med en lång vistelse i mörkret ersätts vatten med syre och hydrofilicitet går förlorad.