Kādam skolā paveicās ķīmijas stundā ne tikai rakstīt garlaicīgus kontroldarbus un aprēķināt molmasu vai norādīt valenci, bet arī pavērot, kā skolotājs veic eksperimentus. Nemainīgi eksperimenta ietvaros, it kā ar burvju mājienu, šķidrumi mēģenēs neparedzami mainīja krāsu, un kaut kas cits varēja eksplodēt vai skaisti sadegt. Varbūt ne tik iespaidīgi, bet tomēr interesanti eksperimenti, kuros tiek izmantotas hidrofilas un hidrofobas vielas. Starp citu, kas tie ir un kāpēc viņi ir ziņkārīgi?
Fizikālās īpašības
Ķīmijas stundās, izejot cauri nākamajam periodiskās tabulas elementam, kā arī visām pamatvielām, mēs noteikti runājām par to dažādajām īpašībām. Jo īpaši tika skartas to fizikālās īpašības: blīvums, agregācijas stāvoklis normālos apstākļos, kušanas un viršanas temperatūra, cietība, krāsa, elektrovadītspēja, siltumvadītspēja un daudzi citi. Dažreiz tika runāts par tādām īpašībām kā hidrofobitāte vai hidrofilitāte, taču parasti viņi par to nerunā atsevišķi. Tikmēr šī ir diezgan interesanta vielu grupa, ar kuru ikdienā var viegli saskarties. Tātad tas nav nevietāuzzināsiet par tiem vairāk.
Hidrofobas vielas
Piemērus var viegli ņemt no dzīves. Tātad, jūs nevarat sajaukt ūdeni ar eļļu - visi to zina. Tas vienkārši nešķīst, bet paliek peldošs kā burbuļi vai plēve uz virsmas, jo tā blīvums ir mazāks. Bet kāpēc šī un kādas citas hidrofobas vielas pastāv?
Parasti šajā grupā ietilpst tauki, daži proteīni un nukleīnskābes, kā arī silikoni. Vielu nosaukums cēlies no grieķu vārdiem hydor - ūdens un fobos - bailes, taču tas nenozīmē, ka molekulas baidās. Vienkārši tie ir maz vai pilnīgi nešķīstoši, tos sauc arī par nepolāriem. Absolūta hidrofobitāte nepastāv, pat tās vielas, kuras, šķiet, nemaz nesadarbojas ar ūdeni, tomēr adsorbē to, kaut arī niecīgā daudzumā. Praksē šāda materiāla saskare ar H2O izskatās kā plēve vai pilieni, vai arī šķidrums paliek uz virsmas un iegūst bumbiņas formu, jo tam ir mazākais virsmas laukumu un nodrošina minimālu kontaktu.
Hidrofobās īpašības izskaidro noteiktu vielu ķīmiskā struktūra. Tas ir saistīts ar zemo pievilcību ūdens molekulai, kā tas notiek, piemēram, ar ogļūdeņražiem.
Hidrofilas vielas
Šīs grupas nosaukums, kā jūs varētu nojaust, arī cēlies no grieķu vārdiem. Bet šajā gadījumā filijas otrā daļa ir mīlestība, un tas lieliski raksturo šādu vielu attiecības ar ūdeni -pilnīga "savstarpēja sapratne" un lieliska šķīdība. Šī grupa, ko dažreiz sauc par "polāro", ietver vienkāršus spirtus, cukurus, aminoskābes utt. Attiecīgi tiem ir šādas īpašības, jo tiem ir augsta pievilkšanās enerģija pret ūdens molekulu. Stingri sakot, patiesībā visas vielas lielākā vai mazākā mērā ir hidrofilas.
Amfifilitāte
Vai gadās, ka hidrofobām vielām vienlaikus var būt hidrofilas īpašības? Izrādās, ka jā! Šo vielu grupu sauc par difilām vai amfifilām. Izrādās, ka vienas un tās pašas molekulas struktūrā var būt gan šķīstoši - polāri, gan ūdeni atgrūdoši - nepolāri elementi. Šādām īpašībām, piemēram, ir daži proteīni, lipīdi, virsmaktīvās vielas, polimēri un peptīdi. Mijiedarbojoties ar ūdeni, tās veido dažādas supramolekulāras struktūras: monoslāņus, liposomas, micellas, divslāņu membrānas, pūslīšus utt. Šajā gadījumā polārās grupas izrādās orientētas uz šķidrumu.
Jēga un pielietojums dzīvē
Papildus ūdens un eļļas mijiedarbībai ir daudz pierādījumu, ka gandrīz visur ir sastopamas hidrofobas vielas. Tātad tīrām metālu, pusvadītāju virsmām, kā arī dzīvnieku ādai, augu lapām, kukaiņu hitīna pārklājumam ir līdzīgas īpašības.
Dabā svarīgas ir abu veidu vielas. Tādējādi hidrofilus izmanto barības vielu transportēšanā dzīvnieku un augu organismos, galaproduktosapmaiņa tiek izvadīta arī, izmantojot bioloģisko šķidrumu šķīdumus. Nepolārām vielām ir liela nozīme šūnu membrānu veidošanā ar selektīvu caurlaidību. Tāpēc šādām īpašībām ir liela nozīme bioloģisko procesu norisē.
Pēdējos gados zinātnieki izstrādā arvien jaunas hidrofobas vielas, ar kurām iespējams pasargāt dažādus materiālus no mitrināšanas un piesārņojuma, tādējādi veidojot pat pašattīrošas virsmas. Apģērbi, metālizstrādājumi, būvmateriāli, auto stikls – ir daudz pielietojuma jomu. Turpmāka šīs tēmas izpēte novedīs pie multifobisku vielu izstrādes, kas kļūs par pamatu netīrumus atgrūdošām virsmām. Veidojot šādus materiālus, cilvēki var ietaupīt laiku, naudu un resursus, kā arī ar tīrīšanas līdzekļiem būs iespējams samazināt dabas piesārņojuma pakāpi. Tātad turpmākā attīstība dos labumu visiem.
