Hidrofīli un hidrofobi materiāli. Hidrofilās vielas
Hidrofilās vielas
Hidrofilās vielas (vielas)
Cietās vielas, kurām piemīt ūdens mitrināšanas īpašība. Nav samitrināts ar eļļainiem šķidrumiem.
Īsa elektroniska uzziņu grāmata par naftas un gāzes pamatterminiem ar savstarpēju atsauču sistēmu. - M.: krieviski Valsts universitāte vārdā nosaukta nafta un gāze. I. M. Gubkina. M.A. Mokhovs, L.V. Igrevskis, E.S. Novik. 2004 .
Skatiet, kas ir “hidrofilās vielas” citās vārdnīcās:
Hidrofilās ziežu bāzes- Šī raksta stils nav enciklopēdisks vai pārkāpj krievu valodas normas. Raksts jālabo pēc Vikipēdijas stilistikas likumiem. Galvenais raksts: Ziedes bāzes Hidrofilās ziežu bāzes ziežu bāzes, ko izmanto ... ... Wikipedia
Hidrofils- (no hidro un fila) “ūdeni mīlošas” vielas, kuru molekulas ir elektropolāras un viegli savienojamas ar ūdens molekulām. Pretstatā ir hidrofobas (“ūdeni ienīstošas”) vielas... Mūsdienu dabaszinātņu aizsākumi
Blīvēšanas līdzekļi- hidrofilas vielas ar augstu polimēru saturu, ko izmanto šķidru barotņu blīvēšanai. Plašsaziņas līdzekļos ķīmijorganotrofiem kā UV. izmantot agaru (sk.) un želatīnu (sk.), autotrofiskiem organismiem silikagelu (sk.). Mazāk...... Mikrobioloģijas vārdnīca
Vielas, kas var uzkrāties (sabiezēt) uz divu ķermeņu saskares virsmas, ko sauc par fāzes saskarni vai saskarnes virsmu. Uz saskarnes virsmas P. a. V. veido paaugstinātas koncentrācijas adsorbcijas slāni.... Lielā padomju enciklopēdija
virsmaktīvās vielas (virsmaktīvās vielas)- vielas, kas var adsorbēties saskarnē un izraisīt virsmas (saskarnes) spraiguma samazināšanos. Tipiskas virsmaktīvās vielas organiskie savienojumi, kuras molekulas satur liofilas un liofobas (parasti hidrofilas un... ... enciklopēdiskā vārdnīca metalurģijā
Virsmaktīvās vielas- (a. virsmaktīvās vielas; n. grenzflachenaktive Stoffe, oberflachenaktive Stoffe; f. vielas tensio actives; i. surfact tantes), vielas ar asimetrisku mol. struktūra, kuras molekulām ir difila struktūra, t.i. satur liofilus un... Ģeoloģiskā enciklopēdija
virsmaktīvās vielas- Virsmaktīvās vielas Vielas, kuras var adsorbēties saskarnē un izraisīt virsmas laukuma samazināšanos. (saskarnes) spriedze. Tipiskas virsmaktīvās vielas ir organiskas. savienojumi, kuru molekulas satur liofilus un liofobus (parasti hidrofilus un hidrofobus) pie... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
Virsmaktīvās vielas Vielas ar asimetrisku molekulāro struktūru, kuru molekulām ir difila struktūra, tas ir, tās satur liofilas un liofobas (parasti hidrofilās polārās grupas un hidrofobos radikāļus) atomu grupas. Difilisks...... Naftas un gāzes mikroenciklopēdija
Šūnu membrānas- Šim terminam ir citas nozīmes, skatiet Membrānas attēlu šūnu membrānu. Mazās zilās un baltās bumbiņas atbilst lipīdu hidrofilajām “galvām”, un tām pievienotās līnijas atbilst hidrofobām “astes”. Attēlā... ... Vikipēdija
Selektīva caurlaidība- Šim terminam ir citas nozīmes, skatiet Membrāna Šūnas membrānas attēls. Mazās zilās un baltās bumbiņas atbilst lipīdu hidrofilajām “galvām”, un tām pievienotās līnijas atbilst hidrofobām “astes”. Attēlā redzams... ... Wikipedia
Lotosa lapa, pa kuru tek ūdens, savākta bumbiņās, ūdeni atgrūdošas virsmas un aizsargsavienojumi apaviem, buljonā peldošas eļļas krūzes - tas viss ir piemēri molekulu īpašībai, ko sauc. hidrofobitāte. Turklāt, hidrofobs efekts ir svarīga bioloģiskā loma: proteīnu molekulu locīšana un pareiza darbība, biomembrānu veidošanās un molekulu savstarpēja atpazīšana arī tiek “ieprogrammēta”, izmantojot hidrofobas īpašības. Interesanti, ka hidrofobiskais efekts netiek reducēts uz “parastām” fiziskām mijiedarbībām: aiz tā stāv otrais termodinamikas likums un lielums, ko sauc. entropija.
Trakumsērga
Hidrofobija vai hidrofobija(no sengrieķu. νδωρ - “ūdens” un φοβος - “bailes”) ir bailes no sāpīgām rīšanas spazmām, mēģinot iedzert ūdens malku, ieraugot ūdeni vai to pieminot. To novēro stingumkrampju, histērijas, trakumsērgas gadījumos (un pati trakumsērga iepriekš tika dēvēta tieši ar šo vārdu).
Tātad, hidrofobitāte, kas tiks apspriests, ir par molekulu īpašībām, nevis simptomiem cilvēkiem.
Par to liecina izteiciens “ūdens no pīles muguras”, kas visiem pazīstams no bērnības hidrofobitāte- nav tik bezprecedenta parādība, kā varētu liecināt tās nosaukums. Patiešām, ūdens “atgrūšanas” efekts bieži sastopams mums apkārt: vienkārši paskatieties uz zoss spalvu vai lotosa lapu (1. att. A), pa kuru kā dzīvsudraba lode uz stikla virsmas noskrien ūdens lāse, neatstājot aiz sevis nekādas pēdas. Klasiskās idejas par hidrofobām virsmām saka, ka indikators šeit ir kontakta leņķis θ, kas ir mazāks samitrinātām virsmām pareizā leņķī(90°), un nesamitrinātam - vairāk par to (1. att.). b) . Jo īpaši ūdens pilienam uz parafīna virsmas θ = 109° un uz hidrofobākā zināmā materiāla - fluoroplastikas virsmas - tas būs 112°. Tajā pašā laikā “absolūti” hidrofobu virsmu raksturotu 180° leņķis, kad ūdens ripo no virsmas, neapstājoties ne sekundi.
Tātad, vai zoss patiešām ir vairāk hidrofobs nekā fluoroplastisks? Patiesībā tā ir taisnība, taču tas tiek panākts ar nelielu triku: zoss spalvas (kā arī lotosa lapas) virsma nav gluda, bet gan pārklāta ar mikroskopiskām piramīdām vai matiņiem, kas samazina saskares laukumu ar pilienu. un efektīva adhēzija (1. att.). V) . Pamatojoties uz to pašu principu superhidrofobs virsmas, kas gandrīz perfekti atgrūž ūdeni (1. video).
1. attēls. Lotosa lapa: hidrofobas virsmas piemērs. A - Hidrofobs patiesībā nozīmē nesamitrināmība kad ūdens pilnībā noripo no virsmas, neatstājot mitras pēdas. b - Hidrofobās virsmas noteikšana, pamatojoties uz saskares leņķi θ: pie θ< 90° поверхность называют смачиваемой (гидрофильной), при θ >90° - nav mitrināms (hidrofobs). Absolūtās hidrofobitātes ietekme (vai superhidrofobitāte) tiek panākts mikroskopisku nelīdzenumu dēļ, kas samazina piliena saskares laukumu ar virsmu. V - Kā ir strukturēta lotosa virsma: mikroskopiski muguriņas neļauj ūdens lāsēm samitrināt virsmu, un tās ripo no lapas. Arī ūdens lāse nevar “izplūst” starp muguriņām, jo tādā mērogā virsmas spraigums vairs neļauj pilienam sadalīties mazākos.
Video 1. Superhidrofoba virsma. Mikromēroga virsmas raupjums ( cm. rīsi. 1 b) samazina efektīvo saskares laukumu ar ūdens pilienu, kas šajā mērogā virsmas spraiguma dēļ uzvedas kā elastīgs ķermenis.
Saprast Kāpēc Dažas vielas ar prieku samitrina, bet ūdens ripo no pīles, kā saka sakāmvārds, ir jānokāpj līdz atsevišķu molekulu līmenim un jāapsver, kā molekulas mijiedarbojas viena ar otru.
Hidrofobās molekulas
No skatu punkta ķīmiskā struktūra hidrofobs(vai kas ir tas pats, nepolāri) ir molekulas, kas nesatur ķīmiskas grupas, kas spēj veidot ūdeņraža saites ar ūdeni. Piemēram, tie ir benzols un citi šķidrie ogļūdeņraži (benzīna sastāvdaļas). Tomēr visinteresantākās īpašības ir amfifils molekulas, kas satur gan polārās, gan nepolārās daļas: tas noved pie tā, ka maisījumos ar ūdeni tās veido diezgan sarežģītas struktūras: micellas, pūslīšus, slāņus un daudz ko citu sarežģītas formas. Visu šo sarežģīto formu veidošanās tiek kontrolēta hidrofobs efekts.
Interesanti, ka jautājums par hidrofobitātes molekulāro dabu attiecas uz Bendžaminu Franklinu, kurš no valdības lietām brīvajā laikā pētīja olīveļļas izplatīšanos pa dīķa virsmu. Traipu laukums no vienas karotes eļļas visu laiku bija vienāds - puse akru - un biezums faktiski bija vienāds ar vienu molekulu. Tas notika 1774. gadā, un, lai gan tolaik priekšstati par vielu molekulāro dabu vēl bija ārkārtīgi neskaidri, valstsvīru vispārējā zinātkāre, kā redzam, nebija tāda kā mūsdienās. Tā vai citādi eksperiments ar eļļu iezīmēja monomolekulāro lipīdu plēvju pētījumu sākumu, no kura neapšaubāmi kļuva skaidrs: dažām molekulām ūdens “nepatīk” tik ļoti, ka tās ne tikai nesajaucas ar to, bet ir gatavas arī būt. visi izņemti no ūdens iespējamie veidi- piemēram, uzkrājoties vienas molekulas bieza slāņa veidā (vienslānis) pie ūdens robežas ar gaisu. (Sīkāku informāciju par lipīdu plēvju pētījumiem var atrast rakstā “ Nāras molekulas » .)
Vēl viens svarīgs amfifilu molekulu veids ir ziepes, ko plaši izmanto ikdienas dzīvē un tautsaimniecība. To darbības principu var smelties pat no reklāmām: mazgāšanas līdzekļu molekulu nepolārā daļa “pielīp” ar piesārņojošo vielu molekulām (parasti hidrofobām), bet polārā daļa aktīvi mijiedarbojas ar ūdens molekulām. Rezultātā tas notiek šķīdināšana: netīrumi nokrīt no virsmas un tiek iekļauti agregējošās ziepju molekulās, pakļaujot polāros fragmentus “ārpus” un paslēpjot hidrofobās daļas “iekšā”.
Tomēr tas, kas ļauj mums izbaudīt labāko mazgāšanas līdzekļu komerciālās īpašības, ir vēl svarīgāka amfifilo molekulu (proti, lipīdu) kvalitāte: tie kalpo kā apvalks visām zināmajām dzīvības formām, veidojot šūnu membrānu, zem kuras notiek visi dzīvības procesi. norisināties ( cm. "Dzīves lipīdu pamats"). Šis svarīgais fakts liecina, ka hidrofobā efekta molekulārā būtība nav tukša lieta, bet tai ir būtiska nozīme visā bioloģijā, nemaz nerunājot par lietišķajām nozarēm.
Bet, rūpīgāk izpētot, izrādās, ka neviena fundamentāla fiziska mijiedarbība, piemēram, gravitācija vai elektrostatiskie spēki, nav atbildīga par hidrofobo daļiņu “pievilkšanos” viena pie otras un to “atgrūšanu” no ūdens. Tās būtība slēpjas fizikālā principā, kas uzliek ierobežojumus vairumam spontāno procesu virzienam, proti, Otrais termodinamikas likums.
Nedaudz termodinamikas
Termodinamika ir viena no pirmajām zinātnēm, kas izveido tiltu starp mikroskopisko atomu un molekulu pasauli un "mūsu" makroskopisko pasauli. Tās dzimšana saistīta ar tvaika dzinēju darbības izpēti un Nikolasa Kārno (1796–1832) vārdu, kura vārdā nosaukti termodinamiskie cikli, kas nosaka mašīnas saražotā darba apjomu. Viņa darbu turpināja Džouls, Kelvins un Klausiuss, kuri šajā sākotnēji tīri praktiskajā jomā ienesa spēcīgu teorētisko pamatu.
Ar šo zinātnieku pūlēm pamatlikumi, vai sākās, termodinamika, apkopojot gadsimtiem ilgo empīrisko pieredzi termisko procesu novērošanā. Pirmais princips runā par izolētas sistēmas enerģijas saglabāšanu (“enerģijas nezūdamības likums”), bet otrais princips runā par spontānu procesu virzību. (Ir arī nulles un trešais princips, bet par tiem šeit nerunāsim.) Jēdziens par entropija(S), kas ir ieguvis slavu kā visnoslēpumainākais termodinamiskais lielums. Sākotnēji Clausius formāli definēja kā sistēmai nodotā siltuma attiecību pret temperatūru (ΔS = ΔQ/T), vēlāk entropija ieguva globāla “haosa mēra” nozīmi. Kopš tā laika entropija ir kļuvusi par Otrā likuma mūsdienu formulējuma pamatu:
Spontānos procesus izolētā sistēmā pavada entropijas pieaugums.
Ludvigs Bolcmans (1844–1906) visu šo termisko “virtuvi” savienoja ar matēriju veidojošo atomu līmeni, pat pirms matērijas atomu struktūra kļuva vispārpieņemta. Par savas dzīves galveno sasniegumu viņš uzskatīja statistiskās formulas atklāšanu (1877. gadā) entropijas aprēķināšanai: S = k × logW, kur S ir entropija, k ir konstante, kuru vēlāk Planks nosauca paša Bolcmaņa vārdā, un W ir stāvokļa statistiskais svars (skaitlis mikrostāvokļi, kas to īsteno makrostāvoklis). Neskatoties uz vājo redzi, viņš redzēja daudz dziļāk nekā citi matērijas “dzīlēs”: viņš bija pirmais, kurš izjuta statistiskās pieejas spēku aprakstīšanai. termodinamiskie ansambļi un piemēroja to molekulārā fizika. Pastāv versija, ka Bolcmans izdarīja pašnāvību savu laikabiedru pārpratuma dēļ, kurus viņš radikāli apsteidza. Iepriekš minētā formula ir izgrebta uz viņa kapakmens Vīnes kapsētā.
Neskatoties uz visu entropijas jēdziena noslēpumainību, Otrā likuma nozīme ir pavisam vienkārša: ja sistēma ir izolēta (tas ir, tā neapmainās ar ārpasauli ne matēriju, ne enerģiju), tad tā tiecas uz stāvokli. termodinamiskais līdzsvars, - tāds makrostāvoklis, kas tiek realizēts ar maksimāli iespējamo mikrostāvokļu skaitu (citiem vārdiem sakot, kuram ir maksimāla entropija). Piemēram, saplīsis kauss nekad vairs nesalips kopā: sākotnējais stāvoklis (viss kauss) tiek realizēts tikai vienā veidā (S = 0), bet gala stāvoklis (salauzts kauss) tiek realizēts astronomiski. liels skaits veidi (S>>0). Tāpēc diemžēl no globālās perspektīvas visi kausi ir lemti. Pītera Atkinsa brīnišķīgā populārzinātniskā grāmata “Kārtība un nekārtības dabā” ir veltīta Otrā likuma skaidrojumam “mājsaimniecēm”.
Hidrofobs efekts no statistiskās fizikas viedokļa
Tātad, zinot Otro likumu, mēs saprotam, kāpēc tējas tase uz galda noteikti atdzisīs telpas temperatūra, bet tas nekad vairs nesakarst pats no sevis, atņemot siltumu no gaisa virtuvē. (Ja nē, tad noteikti jāizlasa Atkinsa grāmata.) Bet vai tā pati argumentācija attiecas, lai izskaidrotu, piemēram, ūdens un eļļas nesajaukšanos? Galu galā Otrais likums cenšas “visu nolīdzināt”, un ūdens un eļļa, gluži pretēji, atsakās izšķīst viens otrā (2. att. A).
2. attēls. Hidrofobā efekta ilustrācija. A - Hidrofobais efekts (būtībā Otrais termodinamikas likums) liek ūdenim “atgrūst” nepolāras molekulas (piemēram, eļļu) un samazina saskares laukumu ar tām. Šī iemesla dēļ daudzi mazi eļļas pilieni ūdenī galu galā saplūst kopā un veidos slāni. b - Ir nepieciešams izveidot sakārtotu (“ledainu”) ūdens molekulu slāni pie hidrofobas virsmas, lai ūdens molekulas varētu veidot ūdeņraža saites savā starpā. Bet tas noved pie entropijas krituma, kas ir neizdevīgi saistībā ar Otro likumu. V - Dabiska iespēja palielināt entropiju ir samazināt hidrofobo molekulu saskares laukumu ar ūdeni, kas rodas, vairākām nepolārām molekulām agregējoties kopā. Amfifilu molekulu gadījumā parādās pašorganizēšanās un veidojas diezgan sarežģītas supramolekulāras struktūras, piemēram, micellas, divslāņi un pūslīši ( cm. rīsi. 3).
Patiešām, ja ņemam vērā tikai eļļu, šķitīs, ka termodinamika nedarbojas: eļļas plēves izšķīdināšana šķidruma biezumā nepārprotami palielinātu entropiju salīdzinājumā ar monoslāni. Bet visi zina, ka patiesībā notiek pretējais: pat ja jūs sakratat ūdeni un eļļu, emulsija pēc kāda laika sadalīsies, un eļļa atkal veidos plēvi, atstājot ūdens fāzi.
Fakts ir tāds, ka ūdens šajā piemērā ir līdzvērtīgs aplūkojamās sistēmas dalībnieks, un to nekādā gadījumā nevajadzētu aizmirst. Kā zināms, ūdens īpašības (pat tā šķidrs stāvoklis V normāli apstākļi) ir saistīti ar spēju veidot ūdeņraža saites. Katra ūdens molekula var veidot līdz četrām saitēm ar saviem "kaimiņiem", bet, lai tas notiktu, ūdenim ir jābūt "ūdenī". Ja ūdenī ir nepolāra virsma, tai blakus esošās molekulas vairs nejūtas “brīvas”: lai veidotos vēlamās ūdeņraža saites, šīs molekulas ir stingri noteiktā veidā jāorientē, veidojot “ledainu” apvalku. (2. att b) ap hidrofobu objektu. Šo piespiedu sakārtošanu raksturo ievērojams naftas-ūdens sistēmas entropijas kritums, kas liek hidrofobām molekulām agregēties savā starpā, samazinot saskares laukumu ar polāro vidi un līdz ar to nelabvēlīgu entropijas faktora samazināšanos. Faktiski tieši ūdens liek eļļai saplūst vienā lielā pilē vai plankumā, īstenojot dialektisko principu “patīk patīk”.
Šo polāro un nepolāro fāžu mijiedarbību sauc hidrofobs efekts. Šī parādība liek mazgāšanas līdzekļa molekulām šķīdumā veidot micellas, bet lipīdus veido mono- un divslāņu. Pēdējie var noslēgties paši, veidojoties pūslīšiem (liposomām) vai bioloģiskām membrānām, kas ieskauj šūnu (3. att.). Piemēram, ir atrastas arī sarežģītākas lipīdu polimorfisma formas kubiskā lipīdu fāze, ko plaši izmanto membrānas proteīnu strukturālajos pētījumos.
3. attēls. Lipīdu polimorfisms. Atkarībā no molekulas formas un citām īpašībām, kas raksturo galvas un astes asimetrisko struktūru, lipīdi veido dažādas supramolekulāras struktūras. No augšas uz leju: 1 - ar molekulas apgriezto konisko formu veidojas struktūras ar pozitīvu izliekumu (micellas un sešstūra fāze H I); 2 - cilindriskā forma nodrošina plakanas (lamelāras) struktūras, piemēram, divslāņus; 3 - ar konisku formu veidojas gan apgriezta sešstūra (H II), gan micelārā fāze.
“Iedziļināties” hidrofobajā efektā
Bioloģisko molekulu gadījumā īpaša loma ir hidrofobajam efektam, jo tas veido biomembrānas, bez kurām nav iespējama dzīvība, kā arī dod izšķirošu (līdz 90% no visa darba) ieguldījumu proteīna molekulu locīšanas procesā. aminoskābju atlieku ķēdēm var būt dažāds raksturs: hidrofobas vai hidrofilas . Šādu atšķirīgu vienību klātbūtne vienā lineārā molekulā nodrošina visu formu un funkciju daudzveidību, kas tiek novērota olbaltumvielās.
Tomēr submolekulārā mērogā hidrofobais efekts izpaužas savādāk nekā paplašinātas nepolāras virsmas vai veselas karotes eļļas gadījumā: acīmredzot hidrofobo daļiņu kopa būs stabila tikai tad, ja tās izmērs pārsniegs sliekšņa vērtību ( ≈1 nm); pretējā gadījumā to iznīcinās molekulu termiskā kustība. Molekulārās dinamikas (MD) simulācijas parāda atšķirības “tīra” ūdens un ūdens struktūrā, kas atrodas tuvu mazam (<1 нм) и большой (>>1 nm) hidrofobās daļiņas. Ja pirmajos divos gadījumos katrsūdens molekula var veidot līdz četrām ūdeņraža saitēm, bet lielas hidrofobas daļiņas gadījumā šādas iespējas nav, un ūdens molekulām ir jāsakārtojas “ledainā” apvalkā ap šo daļiņu (2. attēls). b un 4).
4. attēls. Dažādas ūdens molekulu konfigurācijas nelielas ( A) un liels ( b) hidrofobās daļiņas(abos gadījumos parādīts sarkanās sfēras). Saskaņā ar MD datiem daļiņas, kas ir mazākas par 1 nm, var viegli ieskauj ūdens, neierobežojot tā “brīvību” un spēju veidot ūdeņraža saites. Lielāku daļiņu gadījumā, lai veidotos ūdeņraža saite, robežūdens molekulai ir jābūt īpaši orientētai attiecībā pret hidrofobo virsmu, kas noved pie visa ūdens slāņa (vai vairāku) sakārtošanās un samazināšanās. šķīdinātāja entropijā. Šajā gadījumā vidējais ūdeņraža saišu skaits vienā ūdens molekulā samazinās līdz trim. Interesanti, ka šeit mainās arī daļiņas šķīdināšanas enerģijas atkarības raksturs no tās lieluma: līdz 1 nm enerģija ir atkarīga no daļiņas tilpuma, bet virs šī sliekšņa - no tās virsmas laukuma.
Šis pats “sliekšņa lielums” tika apstiprināts arī eksperimentā, lai noteiktu hidrofobā efekta ietekmi uz polimēra ķēdes locīšanu atkarībā no monomēra sānu grupas lieluma un temperatūras. Solvatācijas brīvās enerģijas reģistrēšana tika veikta, izmantojot atomu spēka mikroskopu, kas pa vienai saitei “atvēra” polimēra molekulu. Interesanti, ka robežvērtība 1 nm aptuveni sakrīt ar lielo aminoskābju atlieku sānu ķēžu izmēru, kas nosaka proteīna molekulas locīšanu.
Tā kā hidrofobajam efektam ir entropisks raksturs, tā loma dažādos procesos (tas ir, ieguldījums brīvajā enerģijā) ir atkarīgs no temperatūras. Interesanti, ka šis ieguldījums ir maksimāls tieši normālos apstākļos - tajā pašā temperatūrā un spiedienā, kurā galvenokārt pastāv dzīvība. (Tādos pašos apstākļos galvenais bioloģiskais šķīdinātājs - ūdens - ir tuvu līdzsvaram starp šķidrumu un tvaiku.) Tas noved pie domas, ka dzīvība apzināti "izvēlas" eksistences apstākļus tuvu fāzu pārejām un līdzsvara punktiem: acīmredzot tas nodrošina iespēja īpaši droši kontrolēt un precīzi kontrolēt tādas šķietami “inertas” lietas kā membrānu un olbaltumvielu molekulu struktūra.
Pētījumi pēdējos gados vēl vairāk uzsvērt ūdens lomu gan hidrofobajā efektā, gan starpmolekulārajā atpazīšanā (piemēram, kad enzīms saistās ar savu substrātu vai receptors saistās ar ligandu, ko tas atpazīst). Proteīna aktīvajā centrā, kā likums, ir “saistītas” (tātad sakārtotas) ūdens molekulas. Ligandam iekļūstot saistīšanās vietā uz proteīna virsmas, “atbrīvojas” ūdens, kas dod pozitīvu ieguldījumu entropijā (5. att.); tomēr brīvās enerģijas izmaiņu entalpijas komponents var būt negatīvs vai pozitīvs. Izmantojot kalorimetrisko titrēšanu un molekulāro modelēšanu, tika izveidots daudzu ligandu, kas pēc struktūras ir līdzīgas, bet atšķiras pēc hidrofobo grupu lieluma, termodinamiskais saistīšanās modelis ar enzīma karboanhidrāzi. Analīze parādīja, ka entalpijas un entropijas ieguldījums Gibsa brīvajā enerģijā katrā gadījumā var būt individuāls, un nav iespējams iepriekš pateikt, kuram procesam būs izšķirošā loma. Ir tikai pilnīgi skaidrs, ka aktīvajai vietai tuvāko ūdens molekulu slāņu struktūrai un dinamikai starpmolekulārajā atpazīšanā ir tikpat svarīga loma kā ligandas atbilstībai receptoram, kas ievieš jaunu sarežģītības līmeni “klasiskajā. ” divu “atslēgas atslēgas” vai “cimdu rokas” molekulu mijiedarbības modeļi.
Homo- un heteropolimēru locīšanu var iedalīt vairākos posmos (6. att.):
- Ja jūs sākat ar iegarenu ķēdi, pirmais posms būs entropijas locīšana, kas ir tiešas Otrā termodinamikas likuma sekas: pilnībā iztaisnotai polipeptīdu ķēdei ir nulles entropija, ko acumirklī “koriģē” statistikas spēki, kas pārvērš pavedienu "statistikas bumba".
- Nejaušajā spoles konformācijā hidrofobās sānu atlikumi tiek tuvināti telpā un agregējas hidrofobā efekta ietekmē. To apstiprina proteīna globulu trīsdimensiju iepakošanas principu ievērošana: iekšpusē ir hidrofobu atlikumu “kodols”, bet uz molekulas virsmas ir polāri un lādēti aminoskābju atlikumi. Šajā posmā iegūto formu sauc izkausēta globula.
- Biopolimēru gadījumā lieta ar to nebeidzas: īpaša mijiedarbība starp atliekām, kas atrodas tuvu telpā, padara iepakojumu vēl blīvāku (tiesa globule). Pēc tam brīvā enerģija piedzīvo ievērojamu kritumu, un to bieži uzskata par “labi iesaiņotas” struktūras kritēriju.
6. attēls. Hidrofobā sabrukuma loma trīs polimēru ķēžu salocēšanā ar atšķirīgu monomēru hidrofobitāti: hidrofobs polimērs, hidrofobs-hidrofils kopolimērs un lodveida proteīns (no augšas uz leju) - brīvā enerģija, kas attēlota kā funkcija griešanās rādiuss, kas norāda uz ķēdes blīvējuma kompaktumu. 1) Jebkura lineāra ķēde no pilnībā izstiepta stāvokļa ātri savērpjas statistiskais mudžeklis. 2) Nepolāru sānu ķēžu telpiskais tuvums izraisa spoles hidrofobu sabrukumu un veidošanos izkausēta globula. 3) Olbaltumvielu gadījumā evolucionāli izvēlēti specifiski kontakti starp blakus esošo aminoskābju atlikumu sānu ķēdēm (piemēram, ūdeņraža saites vai elektrostatiskā mijiedarbība) vēl vairāk samazina brīvo enerģiju un iesaiņo proteīnu blīvā veidā. lodītes. Hidrofobiem polimēriem šādas mijiedarbības nav, un tāpēc to locīšana apstājas nejaušās spoles stadijā.
Iepriekš tika uzskatīts, ka trešais posms ir neaizstājama funkcionāla proteīna iezīme, bet in Nesen Arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta t.s nepietiekami sakārtoti proteīni (iekšēji nesakārtoti proteīni), kurām nav skaidri noteiktas telpiskās formas, un faktiski nav konkrētu kontaktu veidošanās stadijas. (Starp citu, hidrofobo atlieku īpatsvars tajos ir ievērojami mazāks, salīdzinot ar globulārajiem proteīniem.) Iespējams, tas ļauj tiem mijiedarboties dzīvā šūnā nevis ar vienu proteīnu vai ligandu, bet ar desmitiem vai pat simtiem strukturāli atšķirīgu partnermolekulu, bet gan starp olbaltumvielām, kas ir ļoti svarīgas. piedalās ļoti smalkā šūnu procesu regulēšanā.
Hidrofobajam efektam ir arī izšķiroša loma membrānas proteīnu (MP) locīšanas procesā, kas veic daudzas dzīvībai svarīgas funkcijas, sākot no molekulu un jonu transportēšanas caur membrānu līdz vienam otra uztveršanai un atpazīšanai šūnās. Sakarā ar to, ka lielākā daļa no tiem ir iegremdēti membrānas hidrofobajā divslānī, transmembrānas (TM) domēna struktūra būtiski atšķiras no šķīstošo globulāro proteīnu iepakojuma: to TM segmenti ir ievērojami hidrofobāki, un hidrofobās sānu ķēdes ir ievērojami atšķirīgas. atrodas ne tikai proteīna iekšpusē (kā globulāro proteīnu gadījumā), bet arī uz virsmas, kur proteīns saskaras ar lipīdu molekulu ogļūdeņražu ķēdēm.
Ir svarīgi, lai tiktu ņemta vērā arī hidrofobitāte pirms tam kā olbaltumviela nonāk savā darba vietā (tas ir, membrānā). Ribosomu sintēzes laikā MB neiekļūst citoplazmā, piemēram, lodveida proteīnos, bet gan translokons- diezgan sarežģīta molekulāra mašīna, kas veidota kanāla veidā un ir atbildīga gan par olbaltumvielu sekrēciju, gan MB piegādi membrānās. Izrādījās, ka translokons var “sajust” tam cauri izgājušā proteīna fragmenta hidrofobitāti un, sasniedzot noteiktu hidrofobitātes slieksni, “izspļauj” šo fragmentu nevis “uz priekšu” (caur kanālu ekstracelulārajā telpā), bet. “uz sāniem” (caur kanāla sienu) - tieši membrānā. Tātad, fragments pēc fragmenta, membrānas proteīni tiek ievietoti membrānā, un tāpēc N-MB gals vienmēr atrodas ārpusšūnu reģionā, un kur tas būs C-beigas - ir atkarīgs no TM segmentu skaita.
Elegantā eksperimentā ar Sec61 translokonu Endoplazmatiskais tīkls tika izveidota “hidrofobitātes bioloģiskā skala”, kas katram aminoskābes atlikumam piešķir noteiktu hidrofobitātes vērtību. Interesanti ir tas vispārīgs izklāstsšī skala sakrīt ar iepriekš izveidotajām fizikāli ķīmiskajām skalām, kas ļauj translokonam piešķirt hidrofobās mijiedarbības sensora lomu.
Tātad šūna var “izmērīt” hidrofobitāti, izmantojot translokonu, un laboratorijā šo īpašību var aptuveni novērtēt pēc tās mijiedarbības ar ūdeni rakstura. Bet vai ir iespējams teorētiski aprēķināt hidrofobitāti un iekļaut šo aprēķinu praktiski svarīgās problēmās?
Kā teorētiski aprēķināt hidrofobitāti?
Iepriekš jau tika teikts, ka hidrofobiskais efekts patiesībā ir viena no Otrā termodinamikas likuma sejām, tāpēc tā precīza aprēķināšana, iespējams, nav vieglāka nekā visas sistēmas modelēšana fiziski pareizā līmenī. Citiem vārdiem sakot, “hidrofobās mijiedarbības” nekādā veidā nav reducējamas uz pāru kontaktiem, piemēram, divu lādiņu piesaiste vai atgrūšana vai mijiedarbība starp ūdeņraža saites donoru un akceptoru. Teorētiski vienīgais Pareizais ceļš- milzīga skaita mikrostāvokļu analīze termodinamiskajos ansambļos, ko praksē ir diezgan grūti izdarīt.
Tomēr vismaz aptuvens molekulu hidrofobo un hidrofilo īpašību novērtējums joprojām ir pieprasīts molekulārajā modelēšanā un tās lietojumos (piemēram, biotehnoloģiskā vai rūpnieciskā). Parasti tie koncentrējas uz raksturlielumu, kas raksturo visas molekulas hidrofobitāti - sadalījuma koeficientu ( P, no sadalīšana) šīs vielas starp ūdeni (polāro fāzi) un nepolāru fāzi (piemēram, benzolu vai n-oktanols). Fakts ir tāds, ka šo parametru, atšķirībā no visiem citiem termodinamiskajiem raksturlielumiem, ir diezgan vienkārši eksperimentāli izmērīt, nosakot pētāmās vielas koncentrāciju ūdenī un nepolārā vidē (kas, kā mēs atceramies, gandrīz nesajaucas) un dalot. viens pēc otra. Par hidrofobitātes koeficientu pieņem šī koeficienta logaritmu - log P.
Šī koeficienta prognozēšanai ir vairākas empīriskas metodes, kuru mērķis ir izmantot vielu “apmācības komplektu” ar precīzi izmērītu žurnālu. P nosaka atsevišķu molekulas fragmentu vai pat tās atsevišķo atomu devumu (ņemot vērā ķīmisko vidi), lai pēc tam aprēķinātu hidrofobitāti nezināmām molekulām, pamatojoties uz aprēķinātajām fragmentārās vai atomu hidrofobitātes konstantēm. Faktiski tas ir mēģinājums katram molekulas atomam piešķirt “hidrofobu lādiņu”, lai gan jāpatur prātā, ka tam nav fiziskas jēgas. Summējot šīs konstantes visiem molekulas atomiem, tiks iegūta vēlamā log vērtība P, un, izmantojot pieeju, kas līdzīga elektrostatiskā potenciāla aprēķiniem kosmosa punktos (φ ~ q/r), tika izveidota molekulārā hidrofobiskā potenciāla (MHP) metode, kas sevi pierādījusi molekulārajā modelēšanā (7. att.) . Programma PLATINUM ir veltīta IHL aprēķiniem.
7. attēls. Molekulārais hidrofobiskais potenciāls (MHP). IHL pieejas mērķis, kas ļauj aprēķināt hidrofobo/hidrofilo īpašību telpisko sadalījumu, ir izveidot empīrisku sistēmu. atomu hidrofobitātes konstantes (f i), tehniski līdzīgs daļējai maksai. Šo konstantu summa uz visiem atomiem dos hidrofobitātes koeficienta log aprēķinu P(Kur P- vielas sadalījuma koeficients starp ūdeni un oktanolu) un “potenciāla” aprēķins no punktu “hidrofobo lādiņu” sistēmas, ņemot vērā vājināšanos telpā (saskaņā ar likumu d(r), vienāds ar Piemēram, 1/r) ļauj iedomāties hidrofobitātes sadalījumu uz molekulu virsmām. Attēlā parādītas eikariotu plazmas membrānas galvenā fosfolipīda - palmitoiloleilfosfatidilholīna - hidrofobās īpašības.
MHP aprēķins ļauj novērtēt konkrēta molekulas fragmenta hidrofobitātes efektīvo vērtību un skaidri vizualizēt tās virsmas hidrofobās īpašības, un tas savukārt var pastāstīt par starpmolekulārās mijiedarbības mehānismiem un norādīt ceļu uz to. mērķtiecīgas izmaiņas molekulu īpašībās vai to savstarpējās mijiedarbības veidā. Tādējādi, izmantojot īsas α-spirāles hidrofobo īpašību telpisko kartēšanu pretmikrobu peptīdi(AMP) atklāja, ka šīm molekulām ir raksturīgs amfifils raksturs - kad viena spirāles puse ir hidrofoba, bet otra ir polāra un pozitīvi lādēta. Šis motīvs ir skaidri redzams MGP “slaucīšanas” kartēs, uzsverot peptīda mijiedarbības mehānismu ar membrānu un pretmikrobu iedarbību (8. att.). Ar šādu karšu palīdzību bija iespējams modificēt dabisko AMP latarcīns, radot analogus, kuriem ir augsta antibakteriālā aktivitāte, bet tie neiznīcina sarkanās asins šūnas, un tāpēc ir potenciāls zāļu prototips (8. att.).
8. attēls. Dizains noderīgas īpašības antimikrobiālajā peptīdā latarcīnā 2a (Ltc2a). Augšējā rinda pa kreisi Parādīta Ltc2a telpiskā struktūra un hidrofobo īpašību sadalījums (sk. 7. att.) uz tās virsmas. Centrā ir parādīta SHL kartes “skenēšana”. cilindriskās koordinātas(α; Z). Tas parāda skaidru amfifilu modeli, kas nosaka peptīda mijiedarbību ar šūnu membrānu. Augšējā rinda pa labi parādīta peptīda citolītiskā aktivitāte: tas diezgan efektīvi iznīcina gan baktērijas (“gram+”, “gram−”), gan dzīvnieku šūnas (“eritrocītus”) [kolonna “wt”].
Uzdevums bija šāds: saglabājot pretmikrobu aktivitāti, likvidēt hemolītisko aktivitāti(t.i., izveidot baktericīda preparāta prototipu). Tika pieņemts, ka, mainot hidrofobā “plankuma” raksturu MGP kartē, mijiedarbība ar baktēriju un eritrocītu membrānām mainīsies atšķirīgi, un uzdevumu varētu izpildīt. Mēs pārbaudījām trīs peptīdus, kuros tika ieviestas punktu mutācijas: Ile7 → Gln, Phe10 → Lys un Gly11 → Leu. Atbilstošās izmaiņas hidrofobajā modelī ir parādītas trīs kartes fragmentos apakšā. Vienam mutantam, Ile7 → Gln, bija vēlamās aktivitātes: augsta baktericīda un zema hemolītiskā iedarbība.
Biomolekulu hidrofobisko īpašību ņemšana vērā tiek izmantota arī citās molekulārās modelēšanas jomās - jo īpaši, prognozējot transmembrānu reģionu stāvokli aminoskābju secībā vai precizējot receptoru-ligandu kompleksu telpisko struktūru, pamatojoties uz hidrofobās atbilstības principu. .
Neskatoties uz grūto fiziskā daba hidrofobitātes fenomenu, pat ļoti virspusēja tā apsvēršana molekulārajā modelēšanā var būt noderīga. No iepriekš minētā piemēra ir skaidrs, ka molekulu īpašību telpiskā kartēšana, kas aprēķināta, izmantojot MHP paņēmienu, ļauj izveidot saikni starp peptīda molekulas struktūru un tās aktivitāti, un tas ir sens ķīmiķu sapnis. , biologi un farmakologi. Spēja atrast šādu savienojumu nozīmē spēju racionāli noformēt molekulās nepieciešamās īpašības, kas, protams, ir pieprasītas fundamentālie pētījumi, kā arī biotehnoloģijā un medicīnā.
Un atkal daži vārdi par ūdeni
Sīkāk aplūkojot hidrofobisko efektu, tas atklājas mēs runājam par patiesībā par statistisko uzvedību liels skaits molekulas, ko apraksta termodinamikas un statistiskās fizikas likumi. Taču šeit interesantāks ir kas cits – mēs kārtējo reizi pārliecināmies par tādas šķietami vienkāršas vielas kā ūdens unikalitāti. Ūdenim pašam ir daudz pārsteidzošu īpašību, bet kā bioloģiskam šķīdinātājam tam nav līdzvērtīgu. Mijiedarbojoties ar citām molekulām, ūdens maina savu dinamiku un struktūru, izraisot visas sistēmas izmaiņas. Tas ir tieši tas, ko mēs novērojam, pētot amfifilo molekulu pašorganizēšanos divslāņos un pūslīšos - galu galā ūdens ir tas, kas tām “piespiež” savākties tik sarežģītās formās.
Ūdens lomu galveno bioloģisko "mašīnu" - olbaltumvielu - dzīvē ir grūti pārvērtēt. To locīšana no lineāras ķēdes blīvā lodiņā, kurā katrs atoms zina savu vietu, ir arī ūdens nopelns. Tas nozīmē, ka ūdens ir pelnījis arī vienas no bioloģiskākajām molekulām titulu, lai gan pēc ķīmiskās klasifikācijas tā ir neorganiska viela.
Mermaid molekulas Hidrofobās hidratācijas paraksts vienā polimērā;
Valsts augstākās profesionālās izglītības iestāde
Krievijas Federācijas Veselības ministrija
(GBOU VPO NSMU Krievijas Veselības ministrija)
Medicīnas ķīmijas katedra
Eseja
HIDROFILĀS, HIDROFOBAS, AMFIFILISĀS VIELAS: DABĀ UN CILVĒKA ĶERMENĪ.
(literatūras apskats)
Pabeigts:
Pārbaudīts:
Ievads
Ūdens ir viena no visbiežāk sastopamajām vielām uz Zemes. Tas aptver lielāko daļu zemes virsma. Gandrīz visas dzīvās būtnes galvenokārt sastāv no ūdens. Cilvēkiem ūdens saturs orgānos un audos svārstās no 20% (kaulu audos) līdz 85% (smadzenēs). Apmēram 2/3 no cilvēka masas ir ūdens, medūzas ķermenī līdz 95% ir ūdens, pat sausās augu sēklās ūdens ir 10-12%.
Ūdenim ir dažas unikālas īpašības. Šīs īpašības ir tik svarīgas dzīviem organismiem, ka nav iespējams iedomāties dzīvi bez šī ūdeņraža un skābekļa savienojuma.
Saistībā ar ūdeni visas vielas tiek iedalītas divās grupās: hidrofīlās - "mīlošs ūdens" un hidrofobās - "baidās no ūdens" (no grieķu "hydro" - ūdens, "phileo" - mīlestība un "phobos" - bailes). Šo vielu īpašības, kā arī to nozīme dabā tiks aplūkotas mūsu darbā.
Hidrofilas un hidrofobas vielas
Hidrofilās vielas (grieķu "hydro" - ūdens, "phileo" - mīlestība) ir vielas, kuru pievilkšanās enerģija pret ūdens molekulām pārsniedz ūdeņraža saišu enerģiju (pievilkšanās enerģiju starp ūdens molekulām), tāpēc daudzas hidrofilās vielas labi šķīst ūdenī. .
Hidrofilās vielas intensīvi mijiedarbojas ar ūdens molekulām. Hidrofilitāti raksturo vielu adsorbcijas saites lielums ar ūdens molekulām, neprecizētu savienojumu veidošanās ar tām un ūdens daudzuma sadalījums pēc saites enerģijas vērtībām. Hidrofilitāti galvenokārt nosaka adsorbcijas monoslāņa saistīšanās enerģija, jo nākamie slāņi ir daudz vājāk saistīti ar vielu. Hidrofilitāti var izteikt ar ūdens tvaiku adsorbcijas siltumu vai mitrināšanas siltumu, kā arī ar vielas vienības virsmas mitrināšanas darbu.
Hidrofobās vielas (grieķu "hydro" - ūdens, "phobos" - bailes) ir vielas, kuru molekulu pievilkšanās enerģija pret ūdens molekulām ir mazāka par ūdens molekulu ūdeņraža saišu enerģiju. Hidrofobās vielas ir tauki, daži ogļhidrāti (ciete, glikogēns, šķiedra), nukleīnskābes, ATP un lielākā daļa ūdenī nešķīstošu olbaltumvielu.
Nav absolūti hidrofobu (“ūdeni atgrūdošu”) vielu; pat hidrofobākās – ogļūdeņraža un fluorogļūdeņraža – virsmas adsorbē ūdeni. Tāpēc hidrofobitāte tiek uzskatīta par zemu hidrofilitātes pakāpi.
G. un g var novērtēt tāpat kā virsmas mitrināmību ar ūdeni (gaisā) pēc saskares leņķa vērtības q: hidrofilām virsmām.<90° (для абсолютно гидрофильных поверхностей q=0); для гидрофобных поверхностей 90°< <180° (напр., для парафина 105°). На трёхфазной границе твёрдого тела с водой и углеводородной жидкостью при <90° (в водной фазе) поверхность олеофобна, т.е. не смачивается маслом, а при =180° - предельно олеофильна.
Hidrofilās vielas ir vielas ar polārām ķīmiskām vielām. saites: halogenīdi, oksīdi un to hidrāti, karbonāti, sulfāti, fosfāti, silikāti un aluminosilikāti (māli, stikli), kā arī šūnu membrānas. Tīras metālu virsmas, ogleklis, pusvadītāji, vielas, kas sastāv no vāji polārām molekulām, augu lapas, dzīvnieku āda un kukaiņu hitīns ir hidrofobas. Visas polārās grupas, kas ietilpst virsmaktīvās vielas molekulās - virsmaktīvās vielas - COOH, -NH2, -SO3Na utt., ir hidrofilas; ar tiem saistītie ogļūdeņraža radikāļi ir hidrofobi.
Amfifilās vielas
Amfifilitāte ir tādu vielu (parasti organisko) molekulu īpašība, kurām ir gan hidrofilas, gan hidrofobas īpašības. Amfifilo savienojumu molekulas ir līdzīgas kurkulim: tās sastāv no garas ogļūdeņraža astes (parasti sastāv no vairāk nekā desmit CH2 grupām), kas nodrošina šķīdību nepolārā vidē, un polārās galvas, kas ir atbildīga par hidrofilajām īpašībām. Tādējādi amfifilie savienojumi vienlaikus “mīl” gan ūdeni (tas ir, tie ir hidrofili), gan nepolārus šķīdinātājus (tiem piemīt hidrofobas īpašības).
Atkarībā no hidrofilās grupas veida izšķir amfifilus savienojumus ar lādētu katjonu vai anjonu funkcionālo grupu un amfifilus savienojumus ar neuzlādētu funkcionālo grupu. Lielākajā daļā zināmo organisko savienojumu ir vairāk nekā viena lādēta funkcionālā grupa. Šādu vielu piemērs ir lielmolekulārie savienojumi – olbaltumvielas, lipoproteīni, blokkopolimēri utt. Terciārās struktūras klātbūtne olbaltumvielu molekulās, kas veidojas funkcionālo grupu (polāru vai nepolāru) intramolekulāru mijiedarbību rezultātā, pati par sevi parāda šo savienojumu amfifilo raksturu.
Vēl viens amfifilo savienojumu piemērs ir lielākā daļa zāļu, kuru molekulas apvieno specifisku funkcionālo grupu kopumu, kas nepieciešamas efektīvai saistīšanai ar mērķa receptoru.
Amfifīlajiem savienojumiem dzīvajā dabā ir īpaša loma. Bez tiem nevar pastāvēt neviens dzīvnieks vai augs. Tieši amfifilās molekulas veido šūnu membrānu, kas atdala dzīvo organismu no naidīgas ārējās vides. Tieši šīs molekulas veido šūnas iekšējos organellus, piedalās tās dalīšanās procesā un ir iesaistītas vielu apmaiņā ar vidi. Amfifilās molekulas mums kalpo kā barība un veidojas mūsu ķermeņos, piedalās iekšējā regulācijā un žultsskābes ciklā. Mūsu ķermenī ir vairāk nekā 10% amfifilu molekulu. Tāpēc sintētiskās virsmaktīvās vielas var būt bīstamas dzīviem organismiem un, piemēram, var izšķīdināt šūnas membrānu un izraisīt tās nāvi.
Secinājums
Dabā abu veidu vielas ir svarīgas. Jūs varat atrast daudz pierādījumu, ka hidrofobās vielas ir atrodamas gandrīz visur. Tādējādi tīrām metālu virsmām, pusvadītājiem, kā arī dzīvnieku ādai, augu lapām un kukaiņu hitīnainajam apvalkam ir līdzīgas īpašības. Savukārt hidrofili tiek izmantoti barības vielu transportēšanā dzīvnieku un augu ķermeņos, arī vielmaiņas galaprodukti tiek izvadīti, izmantojot bioloģisko šķidrumu šķīdumus. Nepolārām vielām ir liela nozīme šūnu membrānu veidošanā, kurām ir selektīva caurlaidība. Tāpēc šādām īpašībām ir liela nozīme bioloģisko procesu norisē. Zinātnieki pēdējos gados izstrādā jaunas hidrofobas vielas, ar kurām var pasargāt dažādus materiālus no mitrināšanas un piesārņojuma, tādējādi veidojot pat pašattīrošas virsmas. Apģērbi, metālizstrādājumi, būvmateriāli, auto stikli – pielietojuma jomu ir daudz. Turpmāka šīs tēmas izpēte novedīs pie multifobisku vielu izstrādes, kas kļūs par pamatu traipu noturīgām virsmām. Izveidojot šādus materiālus, cilvēki varēs ietaupīt laiku, naudu un resursus, kā arī būs iespējams samazināt vides piesārņojuma pakāpi no tīrīšanas līdzekļiem. Tātad turpmākā attīstība dos labumu visiem.
Bibliogrāfija
1. http://fb.ru/article/133638/chto-takoe-gidrofobnyie-veschestva
2.http://www.schoolhels.fi/ school/school_today/ dostigeniya/2012_2013/ nanotexnologiya/page6.htm
3.http://pobiology.rf/ Biological-dictionary/G/265-Hydrophobic-substances
Hydrofvispārīgums (grieķu valoda ὕδωρ - ūdens, ūdens un φόβος - fobos, bailes) - vielas virsmas spēja nesaslapināt ar ūdeni. Ūdens uz hidrofobas vielas virsmas sakrājas pilienos, kas neiekļūst iekšā.
Hidrofobitātes fizika
Hidrofobitātes fizikāli ķīmiskais raksturs ir saistīts ar fundamentāliem termodinamikas likumiem, jo īpaši ar sistēmas vēlmi sasniegt minimālu enerģijas daudzumu, izlaižot enerģiju vidē. Lielākajai daļai cilvēku tik sarežģītas lietas neinteresē, tāpēc, vienkāršojot, parādījās jēdziens par hidrofobiem spēkiem (lai gan tādi spēki fiziski neeksistē).
Praksē hidrofobu virsmu izveidošanai tiek izmantotas nepolāras molekulas, kas it kā “atgrūž” ūdeni. Līdzīgu procesu var novērot, kad šķidras eļļas piliens iekrīt ūdenī.
Pašlaik superhidrofobitātes fenomens tiek izmantots daudzās nanotehnoloģiskās sistēmās.
Hidrofobitāte un būvmateriāli
Hidrofobitāte ir noderīga kvalitāte dažiem būvmateriāliem (cements, plēves), novēršot ūdens iekļūšanu. Bieži vien siltumizolācijas materiāli, piemēram, minerālvati, tiek piesūcināti ar īpašām vielām, kas veido hidrofobu mikrofilmu.
Hidrofobā slāņa uzticamība
Saskare ar lielāko daļu šķīdinātāju un eļļu var izraisīt hidrofobitātes zudumu. Tas tiek zaudēts arī tad, kad materiāls kļūst piesārņots. Pēc hidrofobitātes zaudēšanas virsma kļūst caurlaidīga.
Nav nepieciešams jaukt hidrofobitāti un ūdensizturību. Piemēram, polietilēns ir ūdensizturīgs, tāpēc no tā izgatavota plēve, pat samitrināta ar spirtu vai stipri netīra (bet bez caurumiem), neļaus ūdenim iziet cauri. Hidroizolācijas plēve, kuras pamatā ir virsmas slāņa hidrofobitāte un brīvi laiž cauri gaisu, kalpos tikai līdz ārējais slānis zaudēs hidrofobitāti, piemēram, no putekļu mikrodaļiņām.
Termins hidrofilitāte (cēlies no sengrieķu vārdiem "ūdens" un "mīlestība") ir vielas mijiedarbības ar ūdeni intensitātes raksturlielums molekulārā līmenī, tas ir, materiāla spēja intensīvi absorbēt mitrumu, kā kā arī augstā ūdens mitrināmība ar vielas virsmu. Šo koncepciju var attiecināt uz cietām vielām kā virsmas īpašību un atsevišķiem joniem, atomiem, molekulām un to grupām.
Hidrofilitāti raksturo saites lielums starp adsorbcijas ūdens molekulām un vielas molekulām šajā gadījumā veidojas savienojumi, kuros ūdens daudzums sadalās atbilstoši saites enerģijas vērtībām.
Hidrofilitāte ir raksturīga vielām, kurām ir jonu kristāla režģi (hidroksīdi, oksīdi, sulfāti, silikāti, māli, fosfāti, stikli utt.), kurās ir polārās grupas -OH, -NO 2, -COOH utt. Hidrofilitāte un hidrofobitāte- īpaši vielu mijiedarbības gadījumi ar šķīdinātājiem (liofilitāte, liofobitāte).
Hidrofobitāti var uzskatīt par nelielu hidrofilitātes pakāpi, jo starpmolekulāro pievilkšanas spēku darbība vienmēr būs vairāk vai mazāk klāt starp jebkura ķermeņa un ūdens molekulām. Hidrofilitāti un hidrofobitāti var atšķirt pēc tā, kā ūdens piliens izplatās uz ķermeņa ar gludu virsmu. Piliens pilnībā izplatīsies uz hidrofilās virsmas un daļēji uz hidrofobās virsmas, savukārt leņķa vērtību, kas veidojas starp samitrinātā materiāla virsmu un pilienu, ietekmē konkrētā ķermeņa hidrofobitātes pakāpe. Hidrofilās vielas ir vielas, kurās molekulāro (jonu, atomu) mijiedarbības stiprums ir diezgan spēcīgs. Hidrofobi ir metāli, kuriem nav oksīdu plēvju, organisko savienojumu, kuru molekulā ir ogļūdeņražu grupas (vaski, tauki, parafīni, dažas plastmasas), grafīts, sērs un citas vielas, kurām ir vāja mijiedarbība starpmolekulārā līmenī.
Hidrofilitātes un hidrofobitātes jēdzieni tiek piemēroti gan attiecībā uz ķermeņiem un to virsmām, gan attiecībā uz atsevišķām molekulām vai atsevišķām molekulu daļām. Piemēram, virsmas aktīvo vielu molekulas satur polārus (hidrofilus) un ogļūdeņražu (hidrofobus) savienojumus. Ķermeņa virsmas daļas hidrofilitāte var krasi mainīties šādu vielu adsorbcijas dēļ.
Hidrofilizācija ir hidrofilitātes palielināšanas process, un hidrofobizācija ir tās samazināšanas process. Šīm parādībām ir liela nozīme kosmētikas rūpniecībā, tekstila tehnoloģijā audumu (šķiedru) hidrofilizēšanai, lai uzlabotu mazgāšanas, balināšanas, krāsošanas u.c. kvalitāti.
Hidrofilitāte kosmētikā
Parfimērijas un kosmētikas rūpniecība ražo hidrofilus krēmus un želejas, kas aizsargā ādu no ūdenī nešķīstošiem piemaisījumiem. Šādi produkti satur hidrofilus komponentus, kas veido plēvi, kas novērš ūdenī nešķīstošu piesārņotāju iekļūšanu ādas virsmas slānī.
Hidrofilie krēmi ir izgatavoti no emulsijas, kas ir stabilizēta ar piemērotiem emulgatoriem vai ar ūdens-eļļa-ūdens vai eļļas-ūdens bāzes. Turklāt tās ietver dispersās koloidālās sistēmas, kurās hidrofilās virsmaktīvās vielas ir stabilizētas un sastāv no ūdenī disperģētiem vai ūdens-glikola jauktiem augstāku taukskābju vai spirtu šķīdinātājiem.
Hidrogēlus (hidrofilos želejas) gatavo no bāzēm, kas sastāv no ūdens, jaukta neūdens vai hidrofila šķīdinātāja (etilspirta, propilēnglikola, glicerīna) un hidrofilas želejvielas (celulozes atvasinājumi, karbomēri).
Krēmu un želeju hidrofilās īpašības:
· ātri un labi uzsūcas;
· baro ādu;
· pēc to lietošanas nav taukainas sajūtas;
· attīrīt ādu;
· ir stiprinoša iedarbība uz ādu;
· samazināt negatīvo vides faktoru ietekmi;
Palīdziet ādai saglabāt dabisko spēju atjaunoties.
Hidrofīlie krēmi un gēli ir paredzēti, lai aizsargātu ādu, strādājot ar eļļām, kas nesajaucas ar mazutu, naftu, krāsām, sveķiem, grafītu, kvēpiem, organiskajiem šķīdinātājiem, dzesēšanas un eļļošanas šķīdumiem, celtniecības putām un daudzām citām viegli agresīvām vielām. Tie ir neaizstājami arī remontējot automašīnu, remontējot dzīvokli, būvniecības laikā, laukos, strādājot ar mēslojumu un augsni.
Uzņēmums KorolevPharm ražo dažāda veida parfimērijas un kosmētikas produktus, tostarp hidrofilus un hidrofobus krēmus. Uzņēmums ir līgumražotājs un veic visus ražošanas posmus: receptūru izstrādi, sertifikāciju, ražošanas uzsākšanu, produkcijas sērijveida ražošanu. Ražotne ir aprīkota ar modernām iekārtām.
Uzņēmums ir sertificēts par atbilstību prasībām