Ai đó ở trường đã may mắn trong lớp học hóa học không chỉ viết các bài kiểm tra nhàm chán và tính khối lượng mol hoặc chỉ ra hóa trị, mà còn để xem cách giáo viên tiến hành thí nghiệm. Luôn luôn là một phần của thí nghiệm, như thể có ma thuật, các chất lỏng trong ống nghiệm đổi màu một cách khó lường, và một thứ khác có thể phát nổ hoặc cháy rất đẹp. Có lẽ những thí nghiệm không quá ngoạn mục nhưng vẫn thú vị trong đó các chất ưa nước và kỵ nước được sử dụng. Nhân tiện, họ là gì và tại sao họ tò mò?
Tính chất vật lý
Trong các bài học hóa học, đi qua nguyên tố tiếp theo trong bảng tuần hoàn, cũng như tất cả các chất cơ bản, chúng ta nhất thiết phải nói về các đặc điểm khác nhau của chúng. Đặc biệt, các tính chất vật lý của chúng đã được đề cập đến: mật độ, trạng thái tập hợp ở điều kiện bình thường, điểm nóng chảy và sôi, độ cứng, màu sắc, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, và nhiều thứ khác. Đôi khi người ta nói về các đặc điểm như tính kỵ nước hoặc tính ưa nước, tuy nhiên, theo quy luật, họ không nói riêng về điều này. Trong khi đó, đây là nhóm chất khá thú vị, có thể dễ dàng bắt gặp trong cuộc sống hàng ngày. Vì vậy nó không lạc lõngsẽ tìm hiểu thêm về chúng.
Chất kỵ
Ví dụ có thể dễ dàng lấy từ cuộc sống. Vì vậy, bạn không thể trộn nước với dầu - điều này ai cũng biết. Nó chỉ đơn giản là không tan, mà vẫn nổi như bong bóng hoặc một lớp màng trên bề mặt, vì mật độ của nó nhỏ hơn. Nhưng tại sao lại có điều này và những chất kỵ nước nào khác tồn tại?
Thông thường nhóm này bao gồm chất béo, một số protein và axit nucleic, cũng như silicon. Tên của các chất bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp hydor - nước và phobos - sợ hãi, nhưng điều này không có nghĩa là các phân tử sợ hãi. Chỉ là chúng ít hoặc hoàn toàn không hòa tan, chúng còn được gọi là không phân cực. Tính kỵ nước tuyệt đối không tồn tại, ngay cả những chất có vẻ như không hề tương tác với nước vẫn hấp thụ nó, mặc dù với lượng không đáng kể. Trong thực tế, sự tiếp xúc của vật liệu như vậy với H2O trông giống như một bộ phim hoặc các giọt nhỏ, hoặc chất lỏng vẫn còn trên bề mặt và có dạng một quả bóng, vì nó có kích thước nhỏ nhất diện tích bề mặt và cung cấp tiếp xúc tối thiểu.
Tính chất kỵ nước được giải thích bởi cấu trúc hóa học của một số chất. Điều này là do lực hút phân tử nước thấp, chẳng hạn như xảy ra với các hydrocacbon.
Chất ưa nước
Tên của nhóm này, như bạn có thể đoán, cũng bắt nguồn từ các từ Hy Lạp. Nhưng trong trường hợp này, phần thứ hai của philia là tình yêu, và điều này hoàn toàn đặc trưng cho mối quan hệ của những chất như vậy với nước -hoàn toàn "hiểu biết lẫn nhau" và khả năng hòa tan tuyệt vời. Nhóm này, đôi khi được gọi là "phân cực", bao gồm rượu đơn giản, đường, axit amin, vv Theo đó, chúng có những đặc điểm như vậy, vì chúng có năng lượng hút phân tử nước cao. Nói một cách chính xác, trên thực tế, tất cả các chất đều ưa nước ở mức độ lớn hơn hoặc thấp hơn.
Tính đơn giản
Có xảy ra trường hợp các chất kỵ nước có thể đồng thời có đặc tính ưa nước không? Hóa ra là có! Nhóm chất này được gọi là điphilic, hoặc amphiphilic. Nó chỉ ra rằng cùng một phân tử có thể có trong cấu trúc của nó cả nguyên tố hòa tan - phân cực và không thấm nước - không phân cực. Các tính chất như vậy, ví dụ, có một số protein, lipid, chất hoạt động bề mặt, polyme và peptit. Khi tương tác với nước, chúng tạo thành các cấu trúc siêu phân tử khác nhau: đơn lớp, liposome, mixen, màng hai lớp, túi, v.v. Trong trường hợp này, các nhóm phân cực hóa ra hướng về chất lỏng.
Ý nghĩa và ứng dụng trong cuộc sống
Ngoài sự tương tác của nước và dầu, có rất nhiều bằng chứng cho thấy các chất kỵ nước được tìm thấy hầu như ở khắp mọi nơi. Vì vậy, các bề mặt sạch bằng kim loại, chất bán dẫn, cũng như da động vật, lá cây, vỏ kitin côn trùng đều có các đặc tính tương tự.
Trong tự nhiên, cả hai loại chất đều quan trọng. Do đó, chất ưa nước được sử dụng trong việc vận chuyển các chất dinh dưỡng trong cơ thể động vật và thực vật, các sản phẩm cuối cùngtrao đổi cũng được bài tiết bằng cách sử dụng các giải pháp của chất lỏng sinh học. Các chất không phân cực có tầm quan trọng lớn trong việc hình thành màng tế bào với tính thấm chọn lọc. Đó là lý do tại sao những đặc tính này lại đóng một vai trò quan trọng trong quá trình sinh học.
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học ngày càng phát triển nhiều chất kỵ nước mới, nhờ đó có thể bảo vệ các vật liệu khác nhau khỏi bị thấm ướt và nhiễm bẩn, do đó tạo ra các bề mặt thậm chí có thể tự làm sạch. Quần áo, sản phẩm kim loại, vật liệu xây dựng, kính ô tô - có nhiều lĩnh vực ứng dụng. Nghiên cứu sâu hơn về chủ đề này sẽ dẫn đến sự phát triển của các chất đa kỵ khí sẽ trở thành cơ sở cho các bề mặt chống bám bẩn. Bằng cách tạo ra những vật liệu như vậy, con người có thể tiết kiệm thời gian, tiền bạc và tài nguyên, và cũng có thể giảm mức độ ô nhiễm của thiên nhiên bằng các sản phẩm tẩy rửa. Vì vậy, những phát triển tiếp theo sẽ mang lại lợi ích cho tất cả mọi người.
