Κάποιος στο σχολείο είχε την τύχη στο μάθημα της χημείας όχι μόνο να γράψει βαρετά τεστ και να υπολογίσει τη μοριακή μάζα ή να υποδείξει το σθένος, αλλά και να παρακολουθήσει πώς ο δάσκαλος διεξάγει πειράματα. Πάντα, ως μέρος του πειράματος, ως δια μαγείας, τα υγρά στους δοκιμαστικούς σωλήνες άλλαζαν χρώμα απρόβλεπτα και κάτι άλλο θα μπορούσε να εκραγεί ή να καεί όμορφα. Ίσως όχι τόσο θεαματικά, αλλά και πάλι ενδιαφέροντα πειράματα στα οποία χρησιμοποιούνται υδρόφιλες και υδρόφοβες ουσίες. Παρεμπιπτόντως, τι είναι και γιατί είναι περίεργοι;
Φυσικές ιδιότητες
Στα μαθήματα χημείας, περνώντας από το επόμενο στοιχείο από τον περιοδικό πίνακα, καθώς και όλες τις βασικές ουσίες, μιλήσαμε αναγκαστικά για τα διάφορα χαρακτηριστικά τους. Συγκεκριμένα, θίχτηκαν οι φυσικές τους ιδιότητες: πυκνότητα, κατάσταση συσσωμάτωσης υπό κανονικές συνθήκες, σημεία τήξης και βρασμού, σκληρότητα, χρώμα, ηλεκτρική αγωγιμότητα, θερμική αγωγιμότητα και πολλά άλλα. Μερικές φορές έγινε λόγος για χαρακτηριστικά όπως η υδροφοβία ή η υδροφιλία, ωστόσο, κατά κανόνα, δεν μιλούν για αυτό ξεχωριστά. Εν τω μεταξύ, αυτή είναι μια αρκετά ενδιαφέρουσα ομάδα ουσιών που μπορεί κανείς εύκολα να συναντήσει στην καθημερινή ζωή. Άρα δεν είναι παράταιροθα μάθετε περισσότερα για αυτούς.
Υδροφοβικές ουσίες
Τα παραδείγματα μπορούν εύκολα να ληφθούν από τη ζωή. Έτσι, δεν μπορείτε να αναμίξετε νερό με λάδι - όλοι το γνωρίζουν αυτό. Απλώς δεν διαλύεται, αλλά παραμένει να επιπλέει ως φυσαλίδες ή μεμβράνη στην επιφάνεια, αφού η πυκνότητά του είναι μικρότερη. Αλλά γιατί είναι αυτό και ποιες άλλες υδρόφοβες ουσίες υπάρχουν;
Συνήθως αυτή η ομάδα περιλαμβάνει λίπη, ορισμένες πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα, καθώς και σιλικόνες. Το όνομα των ουσιών προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις hydor - νερό και phobos - φόβος, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι τα μόρια φοβούνται. Απλώς είναι ελάχιστα ή εντελώς αδιάλυτα, λέγονται και μη πολικά. Απόλυτη υδροφοβία δεν υπάρχει, ακόμη και εκείνες οι ουσίες που, όπως φαίνεται, δεν αλληλεπιδρούν καθόλου με το νερό, εξακολουθούν να το προσροφούν, αν και σε αμελητέες ποσότητες. Στην πράξη, η επαφή ενός τέτοιου υλικού με το H2O μοιάζει με φιλμ ή σταγονίδια ή το υγρό παραμένει στην επιφάνεια και παίρνει τη μορφή μπάλας, αφού έχει τη μικρότερη επιφάνεια και παρέχει ελάχιστη επαφή.
Οι υδροφοβικές ιδιότητες εξηγούνται από τη χημική δομή ορισμένων ουσιών. Αυτό οφείλεται στη χαμηλή έλξη προς το μόριο του νερού, όπως συμβαίνει, για παράδειγμα, με τους υδρογονάνθρακες.
Υδρόφιλες ουσίες
Το όνομα αυτής της ομάδας, όπως μπορείτε να μαντέψετε, προέρχεται επίσης από ελληνικές λέξεις. Αλλά σε αυτήν την περίπτωση, το δεύτερο μέρος της φιλίας είναι η αγάπη, και αυτό χαρακτηρίζει τέλεια τη σχέση τέτοιων ουσιών με το νερό -πλήρης «αμοιβαία κατανόηση» και εξαιρετική διαλυτότητα. Αυτή η ομάδα, που μερικές φορές αποκαλείται «πολική», περιλαμβάνει απλές αλκοόλες, σάκχαρα, αμινοξέα κ.λπ. Κατά συνέπεια, έχουν τέτοια χαρακτηριστικά, αφού έχουν υψηλή ενέργεια έλξης στο μόριο του νερού. Αυστηρά μιλώντας, στην πραγματικότητα, όλες οι ουσίες είναι υδρόφιλες σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό.
Αμφίφιλη
Συμβαίνει ότι οι υδρόφοβες ουσίες μπορούν να έχουν ταυτόχρονα υδρόφιλες ιδιότητες; Αποδεικνύεται ναι! Αυτή η ομάδα ουσιών ονομάζεται δίφιλη ή αμφίφιλη. Αποδεικνύεται ότι το ίδιο μόριο μπορεί να έχει στη δομή του τόσο διαλυτά - πολικά όσο και υδατοαπωθητικά - μη πολικά στοιχεία. Τέτοιες ιδιότητες, για παράδειγμα, έχουν ορισμένες πρωτεΐνες, λιπίδια, τασιενεργά, πολυμερή και πεπτίδια. Όταν αλληλεπιδρούν με το νερό, σχηματίζουν διάφορες υπερμοριακές δομές: μονοστιβάδες, λιποσώματα, μικκύλια, μεμβράνες διπλής στοιβάδας, κυστίδια, κ.λπ. Σε αυτή την περίπτωση, οι πολικές ομάδες αποδεικνύεται ότι είναι προσανατολισμένες προς το υγρό.
Νόημα και εφαρμογή στη ζωή
Εκτός από την αλληλεπίδραση νερού και λαδιού, υπάρχουν πολλές ενδείξεις ότι υδρόφοβες ουσίες βρίσκονται σχεδόν παντού. Έτσι, καθαρές επιφάνειες από μέταλλα, ημιαγωγούς, καθώς και δέρμα ζώων, φύλλα φυτών, κάλυμμα χιτίνης εντόμων έχουν παρόμοιες ιδιότητες.
Στη φύση, και τα δύο είδη ουσιών είναι σημαντικά. Έτσι, τα υδρόφιλα χρησιμοποιούνται στη μεταφορά θρεπτικών ουσιών σε ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς, τελικά προϊόνταανταλλαγής απεκκρίνονται επίσης χρησιμοποιώντας διαλύματα βιολογικών υγρών. Οι μη πολικές ουσίες έχουν μεγάλη σημασία στο σχηματισμό κυτταρικών μεμβρανών με εκλεκτική διαπερατότητα. Γι' αυτό τέτοιες ιδιότητες παίζουν σημαντικό ρόλο στην πορεία των βιολογικών διεργασιών.
Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες αναπτύσσουν όλο και περισσότερες νέες υδρόφοβες ουσίες, με τις οποίες είναι δυνατή η προστασία διαφόρων υλικών από το βρέξιμο και τη μόλυνση, δημιουργώντας έτσι ακόμη και αυτοκαθαριζόμενες επιφάνειες. Ρούχα, μεταλλικά προϊόντα, οικοδομικά υλικά, γυαλί αυτοκινήτων - υπάρχουν πολλοί τομείς εφαρμογής. Περαιτέρω μελέτη αυτού του θέματος θα οδηγήσει στην ανάπτυξη πολυφοβικών ουσιών που θα αποτελέσουν τη βάση για απωθητικές επιφάνειες. Με τη δημιουργία τέτοιων υλικών, οι άνθρωποι μπορούν να εξοικονομήσουν χρόνο, χρήμα και πόρους και θα είναι επίσης δυνατό να μειωθεί ο βαθμός ρύπανσης της φύσης με προϊόντα καθαρισμού. Έτσι οι περαιτέρω εξελίξεις θα ωφελήσουν όλους.
