Гидрофобный: Недопустимое название — Викисловарь

Что такое гидрофобный пух | День сурка

Статья-обзор о свойствах пуха: плюсы, минусы, современные достижения в обработке изделий. Чем гидрофобный пух отличается от обычного и где применяется.

До появления синтетических утеплителей основным наполнителем в зимних куртках и спальниках служил натуральный пух.
На сегодняшний день именно пух (по сравнению со всеми известными легкими утеплителями, не принимая в расчет натуральный мех) максимально эффективно сохраняет тепло, вырабатываемое человеком. Непревзойденная легкость этого природного материала служит предметом зависти для всех изобретателей синтетических утеплителей. Однако, у этого функционального и долговечного материала есть один существенный недостаток – пух боится воды. Усовершенствованный тип водостойкого пуха обладает необходимыми свойствами по устойчивости к влаге. В этой статье разберемся в преимуществах гидрофобного пуха.

Как пух согревает

Принцип работы утеплителей заключается в удерживании теплого воздуха, который образует тело человека.

Именно воздух, заключенный внутри рыхлого утепляющего материала, наделен низкой теплопроводностью, то есть, попросту говоря, не позволяет теплу рассеиваться. Хорошие «зрелые» и упругие пушинки имеют сильно разветвленную систему тончайших ворсинок. Такая структура способна удержать большое количество воздуха. К тому же, сама пушинка имеет крайне низкий вес. Легкий и объемный материал, долговечный и способный быстро расправляться после различных сжатий, — это и есть идеальный утеплитель, то есть пух.

Как влага воздействует на пух

Осадки, конденсация и пот заставляют микроворсинки пуха слипаться, что сильно влияет на объем воздуха, удерживаемый пухом. Даже тонкая струйка воды способна легко проникать внутрь пуха, свободно течь по ворсинкам, оставляя мельчайшие капельки на их поверхности. Намокший пух превращается в комок, совсем перестает согревать. А высыхает пух довольно долго, не менее суток при условии сухой и ветреной погоды.

На протяжении многих лет производители пуховых спальников и курток защищали натуральный утеплитель от дождей и влаги с помощью внешних водонепроницаемых (часто мембранных) материалов. Это хороший вариант, однако, он не помогает в ситуациях, когда человек потеет, и влажные испарения все равно проникают внутрь пухового наполнителя. Да и часто в спорте и активном отдыхе не малое значение имеет вес одежды и снаряжения. Любители легких и теплых вещей хотят какую-то более невесомую защиту от влаги, чем достаточно тяжелые мембранные ткани.

Как получают гидрофобный пух

«Гидрофобный» означает невосприимчивый, стойкий к влаге, а в нашем случае – способный согревать даже во влажной среде.

Водостойкий (гидрофобный) пух обрабатывается на молекулярном уровне специальным стойким водоотталкивающим покрытием DWR. Оно наносится на пух на стадии очистки еще до того, как утеплитель попадает внутрь курток и спальников. Водостойкое наномолекулярное покрытие не создает ощутимой прибавки веса для пуха и не слепляет ворсинки пуха между собой. То есть гидрофобный пух (на примере Marmot Down Defender) наделен следующими преимуществами:

• Остается сухим и объемным в десять раз дольше, чем обычный пух.
• Имеет малый вес.
• Удерживает на 150% больше воздуха, чем классический пух во влажном состоянии.
• Высыхает на 30% быстрее.
• Безопасен для здоровья взрослых людей и детей.
• Экологичен.
• Соответствует европейскому стандарту качества Bluesign.

Такое покрытие довольно устойчиво к стиркам (разные производители указывают от 10 до более 20 циклов стирок, которые способен выдержать их водостойкий пух). Также существуют специальные средства для стирки пуха, способные поддерживать и даже восстанавливать гидрофобные свойства натурального наполнителя.

Где применяется водостойкий пух

Гидрофобный пух с успехом используется в городских пуховиках, что актуально при переменчивой погоде, во время мягких зим и межсезонья. Спортсмены и любители активного отдыха на природе отдают предпочтение легким пуховикам и спальникам с водостойким пухом, поскольку такие изделия более практичны в походных условиях, не боятся влаги, согревают и во влажном виде, быстрее высыхают.

Нам будет приятно, если Вы расскажете о нашей статье друзьям.

Гидрофобные и олеофобные покрытия — GT технология 

Технологии формирования покрытий

За счет нанесения мономолекулярной пленки можно коренным образом изменять свойства поверхности. Компания «ИЗОВАК Технологии» разработала оборудование и технологию, позволяющие наносить на твердую поверхность качественные, однородные мономолекулярные пленки органических, металлорганических и неорганических соединений. 

В качестве примеров выделения монослойных покрытий можно привести пленки низкомолекулярных поверхностно-активных соединений (высшие жирные кислоты), пленки диоксида кремния, титана и т.д. толщинами от единиц до сотен нанометров, фотонных кристаллов на основе наносфер SiO₂, анизотропные пленки на основе углеродных нанотрубок, нанопроволок серебра, арсенида галлия и т.д. Возможно создание высококачественных композиционных покрытий, например, красителей в полимерной матрице. Количество функциональных молекул не ограничено.

Отличительной особенностью олеофобных пленок, является высокая устойчивость на твердой поверхности при монослойной толщине покрытия (4-6 нм). Ярко выраженные износостойкие свойства в сочетании с химической инертностью покрытия нашла отражение в названии торговой марки DefensIz.

В настоящее время компания «ИЗОВАК Технологии» имеет возможность наносить гидро- и олеофобные износостойкие покрытия на стекло размером до 550х650 мм , но, при необходимости, площадь модифицируемой поверхности может быть увеличена до десятка квадратных метров вплоть до стандарта Jumbo, 6000×3210 мм.

Области применения гидрофобных и олеофобных покрытий :

• защита поверхности оптических стекол от загрязнений и механических царапин
• износостойкие покрытия для смартфонов, дисплеев и т. д.,
• противозапотевающие стекла,
• противообледенительные покрытия,
• легкомоющиеся архитектурные стекла,
• обезжиренная поверхность для посуды и другие.

Различие стекла с нанесенным по нашей технологии гидрофобным покрытием  и необработанным стеклом продемонстрированы на видео: Гидрофобные покрытия.

 

Котофей

Гидрофобность кожевенных материалов.

В последние годы в демисезонном и зимнем ассортименте ТМ «Котофей» появилось много моделей из кож с ворсовой лицевой поверхностью, это велюры, нубуки и пулл-апы. В этой статье мы хотим раскрыть основное всепогодное свойство которое мы целенаправленно придаём этим материалам – гидрофобность.

Гидрофобность кожи – это свойство кожи слабо смачиваться водой.Данный эффект достигается применением специальных водонерастворимых жиров, смол, восков, и тд.

Рис. 1.Капли воды на коже гидрофобизированной при финишной отделке.

Рис.2 Капли воды на коже, изготовленной из гидрофобного краста.

Придание гидрофобных свойств коже может проводиться на одной из двух точек технологической цепи выделки кож: при красильно-жировальных процессах производства краста (краст – это полуфабрикат кожи) или при финишной отделке кож. В первом случае гидрофобность кож, как правило, выше.

Использование гидрофобных финишных отделок на негидрофобном красте обычно дешевлеи используется в случаях, когда не нужны высокие показатели гидрофобности.

Для получения гарантированного результата, как правило, применяются гидрофобные финишные отделки на гидрофобном красте. При производстве обуви ТМ «Котофей» используются кожи, изготовленные именно по этой технологии.

Свойства гидрофобности подтверждаются результатами соответствующих тестов и характеризуются показателем водопромокаемости. Самый распространённый и показательный тест — тестирование в динамических условиях, оно моделирует эксплуатацию обуви в процессе ходьбы, и происходит на специальной установке. Нормируется водопромокаемость по международному стандарту ИСО 5403 и составляет в динамических условиях для гидрофобных нубуков и пулл-апов – не менее 60 минут, для гидрофобных велюров и спилков — не менее 180 минут. То есть столько времени изначально сухая кожа не промокнет насквозь, находясь в постоянном контакте с водой с одной стороны. Тут следует обратить внимание на то, что гидрофобный спилок-велюр промокает в 3 раза медленнее, чем гидрофобные нубуки и пулл-апы. И не стоит пугаться, если сразу после контакта с водой на поверхности обуви остались тёмные пятна от капель воды. Такое может происходить и с гидрофобными материалами. Основная защита от воды заключена внутри кожи и незначительное поверхностное намокание допускается. После высыхания от следов воды не останется и следа, конечно, если это не пятна грязи.

Следует отметить, что гидрофобность кож не отменяет необходимости ухода за кожаной обувью. Ее также надо просушивать, не используя нагревательные приборы, и регулярно обрабатывать соответствующими виду кож средствами ухода – кремами, пропитками, пенами. Соблюдение этих рекомендаций позволит сохранить внешний вид обуви на весь срок эксплуатации, а ножки Ваших детей будут себя чувствовать в обуви ТМ «Котофей» сухо и комфортно.

Автор: Фролов С.М., директор по развитию ассортимента

какие добавки используют, процесс изготовления, области применения

Один из основных недостатков обычного цемента – высокая гигроскопичность, то есть способность поглощать пары из воздуха. В связи с этим гарантированный срок хранения цемента в соответствующих условиях, расфасованного в бумажные мешки, составляет не более 2 месяцев. Более длительное хранение приводит к слеживанию, образованию комков, а следовательно, потере рабочих свойств и снижению прочности готового бетонного элемента. Учитывая потребности заказчиков, производители предлагают гидрофобный цемент, который отличается от стандартного присутствием специальных гидрофобизирующих добавок. Продукт с такими присадками практически невосприимчив к атмосферной влаге. Хранить его можно в бумажных мешках не менее года без потери рабочих характеристик.

Процесс изготовления

От производства стандартного цемента процесс изготовления гидрофобного состава отличается единственной особенностью – добавлением гидрофобизирующего компонента в основной клинкер перед его измельчением.

Совместное измельчение портландцементного клинкера, водоотталкивающей присадки и гипса обеспечивает сохранение традиционных характеристик и приобретение новой – инертности к атмосферной влаге. Необходимое количество присадок определяется технологами цементных заводов и зависит от:

• тонкости помола клинкерной смеси;
• химико-минералогического состава сырья;
• вида добавки.

Принцип действия добавок состоит в образовании мономолекулярного воздушного слоя, который в дальнейшем защищает поверхность цементного зерна от воздействия влажной среды. Если количество гидрофобизирующих добавок будет недостаточным, то их эффективность будет низкой. При слишком высокой концентрации присадки будут слишком активно взаимодействовать с воздухом, что приведет к снижению прочности затвердевшего продукта.

Гидрофобизации подвергаются обычные портландцементы марок М400, М500, М600, а также специализированные марки. Технология приготовления строительных смесей и растворов на основе гидрофобного цемента такая же, как и на базе обычного вяжущего, и такое же время перемешивания в бетономешалке – 1,5-2 минут. Увеличение этого периода приведет к повышению количества вовлеченного воздуха и может стать причиной снижения прочности конечного продукта.

Особенности гидрофобного портландцемента

Основные свойства гидрофобизированного вяжущего:

• пониженная гигроскопичность и капиллярный подсос при хранении и транспортировке в неблагоприятных условиях;
• способность придавать пластичным строительным смесям повышенную удобоукладываемость;
• способность сообщать отвердевшим продуктам повышенные водонепроницаемость и морозостойкость;
• снижение скорости испарения воды в условиях низкой влажности, что упрощает уход за бетоном и обеспечивает его повышенную прочность.

Гидрофобные цементы при хранении во влажных условиях в течение 3-6 месяцев увеличиваются в объеме не более чем на 3,5 %, в то время как обычное вяжущее – до 14 %. Они способны противостоять впитыванию воды в течение 5 минут, в то время как обычное вяжущее начинает впитывать воду практически сразу же. Особенно сильно повышается инертность к воздушным парам у пуццолановых и шлакопортландцементов при гидрофобизации мылонафтом или олеиновыми кислотами.

Специалисты особо отмечают, что при хранении гидрофобные цементы не только не слеживаются, но и повышают свою активность.

Еще одна особенность материала – замедленное твердение в первые сутки.

Период набора марочной прочности такой же, как и у традиционного материала, – 28 суток.

Гидрофобизирующие добавки

В качестве гидрофобизаторов применяют:

• мылонафт;
• асидол-мылонафт;
• олеиновую кислоту или окисленный петролатум;
• различные кислоты синтетического происхождения.

Добавки составляют не менее 0,3 % от общей массы. Современные технологии производства и применения гидрофобных добавок позволяют избавиться от нежелательных последствий, которые вызывает их использование – усиленного образования пыли при помоле сырьевой смеси и повышенного воздухововлечения при изготовлении цементных растворов и смесей.

Области применения

Гидрофобные цементы используются в областях, в которых необходимы водонепроницаемость и высокая марка морозостойкости конечного продукта.

Они незаменимы в следующих случаях:

• Необходимость длительного хранения и транспортировки цемента, особенно речным и морским транспортом.
• Изготовление растворов для наружной декоративной отделки зданий, гидроизоляционных штукатурных составов. Гидрофобные цементы применяют для оштукатуривания зданий при высокой опасности появления высолов на стенах.
• Производство бетонов, используемых в дорожном строительстве, для устройства аэродромных покрытий.
• Изготовление гидротехнических бетонных смесей, которые планируется доставлять к месту укладки бетононасосами.

Рекомендации по применению

Гидрофобный цемент имеет повышенные тонкость помола и сыпучесть. Поэтому желательно доставлять цементный продукт к месту назначения в таре, особенно в ситуациях, когда разгрузочные работы осуществляются в помещениях ручным способом.

Гидрофобизация не изменяет основные характеристики портландцемента, характер его твердения, конечные свойства готового продукта. Поэтому необходимо, чтобы состав исходной сырьевой смеси и модифицирующие добавки соответствовали требованиям стандартов и проектной документации на объект.

Гидрофобные пропитки и добавки в промышленности

Назад к списку статей

Со временем под воздействием влаги даже бетонные здания могут начать изнашиваться, на стенах могут появиться трещины, которые в последствие приведут к полному разрушению всей конструкции. Но выход есть! Для повышения их стойкости и прочности разработаны специальные гидрофобные пропитки и добавки. Эти смеси можно добавлять как в сам цементный состав во время строительства, так и наносить на поверхность уже построенных сооружений. Давайте рассмотрим их свойства подробнее.

Во время обработки гидрофобными пропитками и добавками бетонного материала, в его структуре наблюдаются следующие процессы:

Что такое гидрофобная добавка?

Гидрофобную добавку также называют гидрофобизатором. Это специальные смеси, имеющие вяжущую структуру, в составе которых имеются вещества органического типа. Во время обрабатывания бетонной поверхности этой смесью, на ней появляется защитное покрытие с плотной структурой. В дальнейшем оно будет полностью закрывать всевозможные поры на поверхности бетонного основания, в итоге разрушительная влага не сможет проникнуть в структуру бетонной основы.

Данные смеси можно наносить на любой вид цемента. Помимо этого пропитки гидрофобного типа можно применять для повышения качеств прочности черепицы, природного и искусственного каменного материала, керамической плитки для облицовки стен и пола, деревянного материала и других основ.

Особенности гидрофобизатора

• происходит полная остановка разрушения, и исчезают все его следы;
• пропадают все коррозийные повреждения;
• после обработки этими смесями бетонной поверхности на нее нельзя будет нанести граффити, что в результате обеспечит высокую защиту от вандалов;
• во время отделки поверхностей плиткой будет экономный расход грунтовочных смесей и лакокрасочных изделий;
• наблюдается сохранение паропроницаемости, которое присутствовало еще до нанесения гидрофобного раствора;
• происходит снижение или полное удаление влагопоглощения поверхности.

Как используют гидрофобные добавки в строительстве

В частном строительстве данный материал применяется в следующих случаях:

• Для повышения защитных свойств цементных оснований и помещений – фундамента, цокольного этажа, подвальных помещений.
• Для обрабатывания напольных покрытий гаражей, площадок для парковки автомобилей, открытых площадок из бетонного материала.
• Для обрабатывания животноводческих ферм, строений с хозяйственным назначением.
• Для повышения защиты дорожек из бетонной основы.

Виды гидрофобных пропиток

Во многих строительных магазинах можно встретить следующие разновидности гидрофобных пропиток и добавок:

• пропитку упрочняющего типа,
• пропитку с водоотталкивающими свойствами,
• добавку для цемента с обеспыливающими качествами,
• цветную пропитку.

Пропитка с упрочняющими качествами

Данные растворы содержат силикатную грунтовую основу. При нанесении смеси, она впитывается вглубь структуры материала. В результате этого повышаются защитные свойства материала, он становится износоустойчивым и прочным. Данная смесь применяется для отделки стеновых поверхностей, напольных покрытий, потолочных поверхностей, опорных элементов и других конструктивных приспособлений.

Смесь с водоотталкивающими свойствами

Данные смеси при нанесении, повышают гидрофобные свойства бетонного покрытия за счет глубокого проникновения в структуру материала.

Помимо этого они устраняют ряд негативных факторов:

1. 1.Защищают от кислотных и солевых осадков.
2. 2.Предотвращают возникновение грибковых поражений, а также появление плесени.
3. 3.Обеспечивают устойчивость материала к повреждениям, трещинам и разрушению.
4. 4.Защищают от воздействия УФ-лучей.

Добавка для цемента с обеспыливающими качествами

Составы этого вида проникают вглубь материала на 2-6 см. Эти пропитки следует использовать для обрабатывания складских помещений, хозяйственных и животноводческих сооружений.

Такие пропитки:

• облегчают уход за цементными поверхностями,
• быстро устраняют пылеобразование,
• увеличивают срок службы основания,
• повышают прочность и износостойкость материала,
• защищают от разрушений масляными составами, кислотными и щелочными растворами.

Пропитка цветного типа

Активные составляющие данных смесей проникают в структуру материала на глубину до 3 мм. Окрашивание держится долгое время независимо от уровня нагрузок. Однако для повышения защитных свойств и прочности поверхности после покрытия данной смесью, нужно дополнительно нанести пропитку водоотталкивающего типа.

Применение пропиток для бетонных оснований является главным условием повышения их прочности и износа. Благодаря этим составам бетонные конструкции и сооружения длительное время не трескаются, не осыпаются и не разрушаются. Кроме этого эти смеси можно использовать во время отделки стен краской или плиткой.

Выбор защитного крема — Статья из раздела «Защита кожи»

Защитные кремы делятся на четыре типа:

• Гидрофильного действия (впитывающие влагу, увлажняющие кожу)
• Гидрофобного действия (отталкивающие влагу, сушащие кожу)
• Комбинированного действия (обладают свойствами одновременно и гидрофильных и гидрофобных кремов)
• Специального действия (для защиты от УФ-излучения, мороза, ветра и других специальных факторов)

Выбор защитного крема зависит от веществ, с которыми происходит контакт во время работы.

 

Защитные кремы гидрофильного действия

Защита от: Масляные (водонерастворимыми) вещества, технические масла, нефть и нефтепродукты, лаки, клеи, краски, стекловолокно, растворители, земля, порошок, производственная пыль.

Профессии (примеры): Слесарь, механик, сварщик, шахтёр, маляр, строитель, машинист, водитель, кладовщик, металлург, нефтяник

Важно знать: 

• Кремы гидрофильного действия нельзя использовать при контакте с водой и водорастворимыми веществами.
• При применении такого крема не рекомендуется работать в резиновых перчатках, так как это вызовет потливость рук.

Кремы: Армакон, Серволин, Пентапав гидрофильный.

 

Защитные кремы гидрофобного действия

Защита от: Водорастворимые материалы: растворы кислот, щелочей, вода и водными растворы цемента, извести, удобрений, моющих, охлаждающих, дезинфицирующих средств.

Профессии (примеры): Мойщик, уборщик, аккумуляторщик, бетонщик и каменщик, работник лаборатории химического предприятия, сельского хозяйства.

Важно знать:

• При нанесении крема образуется водоотталкивающая защитная плёнка, которая препятствует попаданию на кожу агрессивных химических веществ.
• Кремы подходят при работе в резиновых перчатках или при постоянном контакте с водой.

Кремы: Армакон Протект, Серволин Протект, Пентапав гидрофобный.

 

Защитные кремы комбинированного действия

Защита от: Одновременно водорастворимых и водонерастворимых (масляными) материалов или когда трудно точно определить вид загрязнений.

Профессии (примеры): Токарь, сантехник, электромеханик, слесарь, фрезеровщик, банковский работник, кассир. Характерный пример – токарь. В его работе одновременно присутствуют и масло и охлаждающая жидкость на водной основе.

Важно знать:

• Кремы комбинированного действия обладают одновременно и гидрофильным и гидрофобным действием, то есть защищают как от масляных веществ, так и от водных растворов, но их эффективность ниже, чем специализированных кремов.

Кремы: Дэ-12, Пентапав комбинированного действия.

 

Защитные кремы специального действия

Защита от: Низких температур, ветра, ультрафиолетового излучения, кровососущих насекомых и других.

Применяются: При наружных работах в условиях пониженных температур и ветра, сварочных работах, для рабочих железных дорог и других. 

Кремы: Велум-Фрост (защита от пониженных температур и ветра), Световит (защита от УФ-излучения), Пентапав для защиты от неблагоприятных воздействий (от пониженных температур, ветра и УФ-излучения).

 

 

Гидрофобный спрей Auto Finesse Aqua Coat 250мл

Гидрофобный спрей Auto Finesse Aqua Coat 250мл

Спрей-силант который добавляет сильные гидрофобные и защитный свойства благодаря содержанию диоксида кремния (SiO2). Aqua Coat создает мощный грязе- и водоотталкивающий слой. Просто помойте свой автомобиль как обычно, затем нанесите спрей на поверхность кузова пока он еще мокрый и сполосните авто еще раз, и вы увидите как мгновенно это средство влияет на поведение воды на ЛКП. Отлично предотвращает от воздействия соли, птичьего помета и прочих загрязнений. Обладает схожим эффектом с восками и силантами.
Состав держится примерно 2-3 месяца.
Цена у него ниже чем у многих аналогичных продуктов, представленных на рынке, что делает его в совокупности самым лучшим вариантом.

Aqua Coat следует наносить только на мокрую машину после мытья.

Прежде чем начать:
Убедитесь, что автомобиль не находится под воздействием прямых солнечных лучей и при высокой температуре окружающей среды — не пытайтесь наносить Aqua Coat в жаркую погоду, на солнце или на теплый автомобиль.
 
 
1: Убедитесь, что все следы шампуня были тщательно промыты.
2: Распылите Aqua Coat поверх мокрого ЛКП транспортного средства. Спрей быстро покроет всю поверхность автомобиля.
3: Тщательно промыть сверху вниз, чтобы все капли Aqua Coat были смыты.
4: Немедленно высушите полотенцем из микрофибры.
 
НЕЛЬЗЯ:
Позволить Aqua Coat высыхать на транспортном средстве
Наносить на горячий автомобиль или под прямыми солнечными лучами.
 
 
ЕСЛИ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ОБНАРУЖИЛИ РАЗВОДЫ И ПОМУТНЕНИЯ:
Мгновенное реагирование — лучший путь действий.
В первую очередь: просто распылите Aqua Coat на полотенце из микрофибры и располируйте. 
Если пятна были замечены не сразу и первый способ не помог, то нашего средства Tripple будет достаточно для решения этой проблемы.

Гидрофобный — определение и примеры

Гидрофобный определение

Гидрофобный буквально означает «боязнь воды». Гидрофобные молекулы и поверхности отталкивают воду. Гидрофобные жидкости, такие как масло, отделяются от воды. Гидрофобные молекулы обычно неполярны, то есть атомы, составляющие молекулу, не создают статического электрического поля. В полярных молекулах эти противоположные области электрической энергии притягиваются к молекулам воды. Без противоположных электрических зарядов на молекулах вода не может образовывать водородные связи с молекулами. Затем молекулы воды образуют больше водородных связей между собой, а неполярные молекулы слипаются.

Гидрофобный эффект вызван слипанием неполярных молекул. Большие макромолекулы могут иметь гидрофобные участки, которые будут складывать молекулу так, чтобы они могли быть близко друг к другу, вдали от воды. Многие аминокислоты в белках гидрофобны, что помогает белкам приобретать сложную форму. Гидрофобный эффект распространяется на организмы, поскольку многие гидрофобные молекулы на поверхности организмов помогают им регулировать количество воды и питательных веществ в своих системах.

Пример гидрофобных

клеточных мембран

Клеточные мембраны состоят из макромолекул, известных как фосфолипидов . У фосфолипидов есть атомы фосфора в головках молекул, которые притягивают воду. Хвост молекулы состоит из липидов, которые являются гидрофобными молекулами. Гидрофильные головки указывают на воду, а гидрофобные хвосты притягиваются друг к другу. В небольших группах фосфолипиды образуют мицелл . Как видно на рисунке ниже, мицелла представляет собой небольшой гидрофобный шарик.Гидрофобные хвосты удаляют воду из центра шара.

Клеточные мембраны состоят из двух слоев фосфолипидов, известных как бислой фосфолипидов . Середина листа состоит из гидрофобных хвостов, которые вытесняют воду и могут отделять содержимое клетки от внешней среды. Клетки имеют множество специальных белков, встроенных в мембрану, которые помогают транспортировать гидрофильные молекулы, такие как вода и ионы, через гидрофобную среднюю часть мембраны.

В эукариотических клетках органеллы образуются внутри клеток из более мелких мешочков, созданных из фосфолипидных бислоев. Ученые использовали гидрофобные свойства фосфолипидов, чтобы создать другую структуру для доставки лекарств и питательных веществ к клеткам. Как видно на графике выше, липосом — это небольшие мешочки, которые можно заполнить лекарством. С правильными белками, встроенными в мембрану, липосома сольется с мембраной клетки-мишени и доставит лекарство внутрь клетки.

Листья растений

Листья многих растений имеют гидрофобное покрытие. Важно, чтобы дождь и вода не впитывались через листья, поскольку это нарушило бы поток питательных веществ, которые зависят от прохождения воды от корня к листу. Если позволить воде перемещаться посредством осмоса через клеточную мембрану в лист, это изменит осмотическое давление в листьях, и вода не сможет подниматься вверх от корней. Даже водные растения защищают свои листья гидрофобными веществами, благодаря которым питательные вещества вытягиваются из корней, а вода течет через растение в одном направлении.Ниже приведен пример очень гидрофобного листа, который заставляет капли воды скатываться с листа.

Птичьи перья

Многие водные птицы должны защищать свое перо от проникновения воды и выделять на свои перья гидрофобные масла, которые препятствуют проникновению воды. Если вы когда-нибудь слышали термин «как вода у утки», эта фаза относится к гидрофобности утиных перьев. Утки и многие другие водные птицы проводят много времени под водой, собирая пищу. Однако они также должны летать, когда выходят из воды. Если позволить воде проникнуть в их перья, птицы станут слишком тяжелыми, чтобы летать. Птицы наносят на свои перья гидрофобные масла, которые выделяют из кожи и специальных желез. Когда они ныряют под воду, масла образуют гидрофобный барьер, препятствующий проникновению воды. Затем, когда они всплывают, они просто стряхивают воду и могут летать.

• Гидрофильный — молекулы или вещества, которые притягиваются к воде.
• Полярный — Молекулы, имеющие статические электрические заряды, которые могут взаимодействовать с водой.
• Неполярные — Молекулы, которые не имеют статических электрических зарядов и гораздо чаще взаимодействуют с другими неполярными молекулами, чем с водой.
• Липофильные — Вещества, которые притягиваются к жирам, отличные от гидрофобных.

Quiz

1. Некоторые аминокислоты гидрофобны, а некоторые — гидрофильны. Гидрофобные аминокислоты имеют тенденцию группироваться в большие белки. Почему важен порядок аминокислот в белке?
A. Порядок определяет форму белка
B. Это не важно, пока присутствуют все аминокислоты
C. Белки распознаются по последовательности аминокислот

Ответ на вопрос № 1

А правильный. Из-за гидрофобных эффектов, таких как взаимодействие гидрофобных аминокислот и многих других связей, белки принимают сложную структуру.Эта форма белка невероятно важна. Белки, используемые для распознавания клеток, принимают определенную форму, которую другие клетки могут «распознавать» с помощью белков, соответствующих их форме, например, замка и ключа. Если аминокислоты в белке не в порядке, белок не будет складываться в правильную форму и будет работать неправильно.

2. Создается вещество, которое имеет очень сильные электрические диполи на молекулах, но не взаимодействует с водой из-за сильного взаимодействия с самим собой. Как бы вы описали молекулу?
A. Гидрофильный и полярный
B. Гидрофобный и неполярный
C. Гидрофобный и полярный

Ответ на вопрос № 2

C правильный. Хотя это было бы необычно, это вещество было бы гидрофобным и полярным. Полярность — это состояние, вызванное статическими электрическими зарядами на молекулах, которые притягиваются друг к другу. Обычно эти заряды притягивают воду, но это только потому, что они позволяют воде образовывать водородные связи с веществом.Если было создано вещество, которое прекратило образование водородных связей, оно было бы гидрофобным. Таким образом, молекула может быть как гидрофобной, так и полярной.

3. Многие рептилии, даже живущие в пустыне рептилии, имеют гидрофобные чешуйки на внешней стороне тела. Зачем пустынной рептилии гидрофобное покрытие?
A. Для отражения вредных солнечных лучей
B. Барьер также работает, чтобы остановить испарение
C. Для защиты от кислотных дождей

Ответ на вопрос № 3

B правильный .Чешуя многих рептилий защищает животных от потери воды из-за испарений. В то время как многие амфибии без чешуи не могут уйти слишком далеко от источника воды, многие рептилии живут в среде, почти лишенной воды. Обитающие в пустыне животные быстро высохли бы, если бы не их гидрофобная кожа и чешуя, защищающие их от испарения.

Гидрофобные взаимодействия — Химия LibreTexts

Гидрофобные взаимодействия описывают отношения между водой и гидрофобами (молекулы с низкой растворимостью в воде).Гидрофобы представляют собой неполярные молекулы и обычно имеют длинную цепочку атомов углерода, которые не взаимодействуют с молекулами воды. Смешивание жира и воды — хороший пример такого взаимодействия. Распространенное заблуждение состоит в том, что вода и жир не смешиваются, потому что силы Ван-дер-Ваальса , действующие на молекулы воды и жира, слишком слабы. Тем не менее, это не так. Поведение капли жира в воде больше связано с энтальпией и энтропией реакции, чем с ее межмолекулярными силами.

Причины гидрофобных взаимодействий

Американский химик Вальтер Каузманн обнаружил, что неполярные вещества, такие как молекулы жира, имеют тенденцию слипаться вместе, а не распределяться в водной среде, потому что это позволяет молекулам жира иметь минимальный контакт с водой.

Изображение выше показывает, что когда гидрофобы объединяются, они меньше контактируют с водой. Они взаимодействуют в общей сложности с 16 молекулами воды, прежде чем они соберутся вместе, и только с 10 атомами после взаимодействия.

Термодинамика гидрофобных взаимодействий

Когда гидрофоб падает в водную среду, водородные связи между молекулами воды разрываются, освобождая место для гидрофоба; однако молекулы воды не вступают в реакцию с гидрофобами. Это считается эндотермической реакцией, потому что при разрыве связей в систему передается тепло. Молекулы воды, которые искажены присутствием гидрофоба, образуют новые водородные связи и образуют ледяную клеточную структуру, называемую клатратной клеткой вокруг гидрофоба.Эта ориентация делает систему (гидрофобную) более структурированной с уменьшением общей энтропии системы; поэтому \ (\ Delta S <0 \).

Изменение энтальпии (\ (\ Delta H \)) системы может быть отрицательным, нулевым или положительным, потому что новые водородные связи могут частично, полностью или чрезмерно компенсировать водородные связи, разорванные входом гидрофоба. Однако изменение энтальпии несущественно для определения спонтанности реакции (смешения гидрофобных молекул и воды), поскольку изменение энтропии (\ (\ Delta S \)) велико.

По формуле энергии Гиббса

\ [\ Delta G = \ Delta H — T \ Delta S \ label {eq1} \]

с маленьким неизвестным значением \ (\ Delta H \) и большим отрицательным значением \ (\ Delta {S} \), значение \ (\ Delta G \) окажется положительным. Положительный знак \ (\ Delta G \) указывает на то, что смешение гидрофобных молекул и молекул воды не происходит самопроизвольно.

Образование гидрофобных взаимодействий

Смешивание гидрофобов и молекул воды не происходит самопроизвольно; однако гидрофобные взаимодействия между гидрофобами являются спонтанными.Когда гидробоиды объединяются и взаимодействуют друг с другом, энтальпия увеличивается (\ (\ Delta H \) положительна), потому что некоторые водородные связи, которые образуют клатратную клетку, будут разорваны. Разрушение части клатратной клетки приведет к увеличению энтропии (\ (\ Delta S \) положительно), поскольку ее образование уменьшает энтропию.

Согласно уравнению \ (\ ref {eq1} \)

• \ (\ Delta {H} \) = небольшое положительное значение
• \ (\ Delta {S} \) = большое положительное значение

Результат: \ (\ Delta {G} \) отрицательный, поэтому гидрофобные взаимодействия являются спонтанными.

Сила гидрофобных взаимодействий

Гидрофобные взаимодействия относительно сильнее, чем другие слабые межмолекулярные силы (например, Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия или водородные связи). Сила гидрофобного взаимодействия зависит от нескольких факторов, включая (в порядке силы воздействия):

1. Температура : С повышением температуры увеличивается и сила гидрофобных взаимодействий. Однако при экстремальной температуре гидрофобные взаимодействия денатурируют.
2. Число атомов углерода в гидрофобах : Молекулы с наибольшим числом атомов углерода будут иметь самые сильные гидрофобные взаимодействия.
3. Форма гидрофобов : Алифатические органические молекулы взаимодействуют сильнее, чем ароматические соединения. Разветвления в углеродной цепи уменьшают гидрофобный эффект этой молекулы, а линейная углеродная цепь может вызывать наибольшее гидрофобное взаимодействие. Это происходит потому, что углеродные ответвления создают стерические препятствия, поэтому двум гидрофобам сложнее очень тесно взаимодействовать друг с другом, чтобы минимизировать их контакт с водой.

Биологическое значение гидрофобных взаимодействий

Гидрофобные взаимодействия важны для сворачивания белков. Это важно для поддержания стабильности и биологической активности белка, поскольку это позволяет белку уменьшаться на поверхности и уменьшать нежелательные взаимодействия с водой. Помимо белков, существует множество других биологических веществ, выживание и функции которых зависят от гидрофобных взаимодействий, например, двухслойные фосфолипидные мембраны в каждой клетке вашего тела!

Иллюстрация того, как белок меняет форму, позволяя полярным областям (синий) взаимодействовать с водой, в то время как неполярные гидрофобные области (красные) не взаимодействуют с водой.(CC BY-SA 3.0; Трешфрд).

Список литературы

1. Аткинс, Питер и Хулио де Паула. Физическая химия для наук о жизни. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. 2006. 95.
2. Чанг, Раймонд. Физическая химия для биологических наук. Саусалито, Калифорния: Edwards Brothers, Inc. 2005. 508-510.
3. Гарретт, Реджинальд Х. и Чарльз М. Гришем. Биохимия. Бельмонт, Калифорния: Томас Брукс / Коул. 2005. 15.
.

Авторы и авторство

На пути к структурной биологии гидрофобного эффекта при сворачивании белка

1

Chandler, D.Интерфейсы и движущая сила гидрофобной сборки. Nature 437 , 640–647 (2005).

CAS Google Scholar

2

Болл, П. Вода как активный компонент в клеточной биологии. Chem. Ред. 108 , 74–108 (2008).

CAS Google Scholar

3

Леви, Ю. и Онучик, Дж. Н. Водное посредничество в сворачивании белков и молекулярном распознавании. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 35 , 389–415 (2006).

CAS Google Scholar

4

Берн, Б. Дж., Уикс, Дж. Д. и Чжоу, Р. Обезвоживание и гидрофобное взаимодействие в физических и биологических системах. Annu. Rev. Phys. Chem. 60 , 85 (2009).

CAS Google Scholar

5

Дилл, К. А., Трускетт, Т. М., Влахи В. и Хрибар-Ли Б. Моделирование воды, гидрофобный эффект и ионная сольватация. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 34 , 173–199 (2005).

CAS Google Scholar

6

Расайя, Дж. К., Гарде, С. и Хаммер, Г. Вода в неполярном замкнутом пространстве: от нанотрубок до белков и не только. Annu. Rev. Phys. Chem. 59 , 713–740 (2008).

CAS Google Scholar

7

Годават, Р., Джамадагни, С. Н. и Гарде, С. Характеристика гидрофобности границ раздела с помощью образования каверн, связывания растворенных веществ и корреляций с водой. Proc. Natl. Акад. Sci. США 106 , 15119–15124 (2009).

CAS Google Scholar

8

Garde, S. 150 вода рядом с белками и границами раздела: новая молекулярная перспектива. J. Biomol. Struct. Дин. 33 , 97–97 (2015).

Google Scholar

9

Сировец, Б.Дж., Шафер, Н. П. и Волинс, П. Г. Взаимодействия, опосредованные водой, и фазовая диаграмма сворачивания белка в плоскости температура – ​​давление. J. Phys. Chem. B 119 , 11416–11427 (2015).

CAS Google Scholar

10

Cheng, Y.-K. & Rossky, P.J. Зависимость биомолекулярной гидрофобной гидратации от топографии поверхности. Nature 392 , 696–699 (1998).

CAS Google Scholar

11

Добсон, К.М., Шали, А. и Карплюс, М. Сворачивание белка: взгляд из теории и эксперимента. Angew. Chem. Int. Эд. 37 , 868–893 (1998).

Google Scholar

12

Дилл, К. А. и Чан, Х. С. От Левинталя до путей к воронкам. Nat. Struct. Биол. 4 , 10–19 (1997).

CAS Google Scholar

13

Bryngelson, J.Д., Онучич, Дж. Н., Соччи, Н. Д. и Волинс, П. Г. Воронки, пути и энергетический ландшафт сворачивания белков: синтез. Белки 21 , 167–195 (1995).

CAS Google Scholar

14

Бен-Наим, А. Теория холодной денатурации белков. Adv. Биол. Chem. 3 , 29–39 (2013).

CAS Google Scholar

15

Пасторе, А.и другие. Беспристрастная холодная денатурация: низкотемпературное и высокотемпературное развертывание дрожжевого фратаксина в физиологических условиях. J. Am. Chem. Soc. 129 , 5374–5375 (2007).

CAS Google Scholar

16

Adrover, M. et al. Роль гидратации в стабильности белка: сравнение холодного и теплового развернутых состояний Yfh2. J. Mol. Биол. 417 , 413–424 (2012).

CAS Google Scholar

17

Бонетти, Д.и другие. Кинетика сворачивания фратаксина. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 , 6391–6397 (2014).

CAS Google Scholar

18

Санфеличе Д., Моранди Э., Пасторе А., Никколай Н. и Темусси П. А. Раскрыта холодная денатурация: молекулярный механизм асимметричного развертывания дрожжевого фратаксина. ChemPhysChem 16 , 3599–3602 (2015).

CAS Google Scholar

19

Махатадзе, Г.И., Привалов П.Л. Энергетика белковой структуры. Adv. Protein Chem. 47 , 307–425 (1995).

CAS Google Scholar

20

Привалов П.Л. Холодная денатурация белка. Crit. Rev. Biochem. Мол. Биол. 25 , 281–306 (1990).

CAS Google Scholar

21

Камиллони, К. , Кавалли, А. и Вендрусколо, М.Метадинамика, усредненная по репликам. J. Chem. Теория вычисл. 9 , 5610–5617 (2013).

CAS Google Scholar

22

Камиллони К. и Вендрусколо М. Статистическая механика денатурированного состояния белка с использованием усредненной по реплике метадинамики. J. Am. Chem. Soc. 136 , 8982–8991 (2014).

CAS Google Scholar

23

Лайо, А.И Парринелло М. Уход от минимумов свободной энергии. Proc. Natl. Акад. Sci. США 99 , 12562–12566 (2002).

CAS Google Scholar

24

Кавалли, А., Камиллони, К. и Вендрусколо, М. Моделирование молекулярной динамики с усредненными по репликам структурными ограничениями генерирует структурные ансамбли в соответствии с принципом максимальной энтропии. J. Chem. Phys. 138 , 094112 (2013).

Google Scholar

25

Фершт, А.R. Структура и механизм в науке о белке: Руководство по ферментативному катализу и сворачиванию белка. (Freeman, W.H., 1999).

26

Vendruscolo, M., Paci, E., Dobson, C. M. и Karplus, M. Три ключевых остатка образуют критическую контактную сеть в переходном состоянии сворачивания белка. Nature 409 , 641–645 (2001).

CAS Google Scholar

27

Фершт, А.Р., Матушек, А.И Серрано, Л. Сворачивание фермента: I. Теория белковой инженерии, анализ стабильности и пути сворачивания белка. J. Mol. Биол. 224 , 771–782 (1992).

CAS Google Scholar

28

Пиана, С., Клепейс, Дж. Л. и Шоу, Д. Э. Оценка точности физических моделей, используемых при моделировании сворачивания белка: количественные данные, полученные в результате длительного моделирования молекулярной динамики. Текущее мнение в структурной биологии 24 , 98–105 (2014).

CAS Google Scholar

29

Онучич, Дж. Н., Волинс, П. Г., Люти-Шультен, З. и Соччи, Н. Д. К наброску топографии реалистичной воронки сворачивания белков. Proc. Natl. Акад. Sci. США 92 , 3626–3630 (1995).

CAS Google Scholar

30

Азнаурян, М., Неттелс, Д., Холла, А., Хофманн, Х. и Шулер, Б.Одномолекулярная спектроскопия холодной денатурации и температурно-индуцированного коллапса развернутых белков. J. Am. Chem. Soc. 135 , 14040–14043 (2013).

CAS Google Scholar

31

Стиллинджер, Ф. Х. Уотер снова. Наука 209 , 451–457 (1980).

CAS Google Scholar

32

Wernet, P. et al. Строение первой координационной оболочки в жидкой воде. Наука 304 , 995–999 (2004).

CAS Google Scholar

33

Лузар А. и Чандлер Д. Влияние окружающей среды на динамику водородных связей в жидкой воде. Phys. Rev. Lett. 76 , 928 (1996).

CAS Google Scholar

34

Лопес, К. Ф., Дарст, Р. К. и Россски, П. Дж. Механистические элементы холодной денатурации белков. J. Phys. Chem. B 112 , 5961–5967 (2008).

CAS Google Scholar

35

Бен-Наим, А. Теория холодной денатурации белков. Adv. Биол. Chem. 3 , 29–39 (2013).

CAS Google Scholar

36

Бьянко В. и Францезе Г. Вклад воды в денатурацию белков под давлением и холодную денатурацию. Phys.Rev. Lett. 115 , 108101 (2015).

Google Scholar

37

Фершт, А. Р. Связь значений α Леффлера (Бренстеда) и значений фолдинга белка с положением структур переходного состояния в координатах реакции. Proc. Natl. Акад. Sci. США 101 , 14338–14342 (2004).

CAS Google Scholar

38

Фершт, А. Р.Оптимизация скорости сворачивания белка: механизм нуклеации-конденсации и его последствия. Proc. Natl. Акад. Sci. США 92 , 10869–10873 (1995).

CAS Google Scholar

39

Карплюс, М. и Уивер, Д. Л. Динамика сворачивания белка: модель диффузии-столкновения и экспериментальные данные. Protein Sci. 3 , 650–668 (1994).

CAS Google Scholar

40

Wuttke, R.и другие. Температурно-зависимая сольватация изменяет размеры неупорядоченных белков. Proc. Natl. Акад. Sci. США 111 , 5213–5218 (2014).

CAS Google Scholar

41

Granata, D. et al. Инвертированный ландшафт свободной энергии внутренне неупорядоченного пептида путем моделирования и экспериментов. Sci. Отчет 5 , 15449 (2015).

CAS Google Scholar

42

Стиллинджер, Ф.H. Структура водных растворов неполярных растворенных веществ с точки зрения теории масштабных частиц. J. Solution Chem. 2 , 141–158 (1973).

CAS Google Scholar

43

Лум, К., Чендлер, Д. и Уикс, Дж. Д. Гидрофобность в малых и больших масштабах. J. Phys. Chem. B 103 , 4570–4577 (1999).

CAS Google Scholar

44

Рашке Т.М., Цай, Дж. И Левитт, М. Количественная оценка гидрофобного взаимодействия путем моделирования агрегации небольших гидрофобных растворенных веществ в воде. Proc. Natl. Акад. Sci. США 98 , 5965–5969 (2001).

CAS Google Scholar

45

Саутхолл, Н. Т. и Дилл, К. А. Механизм гидрофобной сольватации зависит от радиуса растворенного вещества. J. Phys. Chem. B 104 , 1326–1331 (2000).

CAS Google Scholar

46

Бест, Р.Б. и Миттал, Дж. Моделирование белков с помощью оптимизированной модели воды: кооперативное образование спиралей и коллапс развернутого состояния, вызванный температурой. J. Phys. Chem. B 114 , 14916–14923 (2010).

CAS Google Scholar

47

Abascal, J. L. & Vega, C. Модель общего назначения для конденсированных фаз воды: TIP4P / 2005. J. Chem. Phys. 123 , 234505 (2005).

CAS Google Scholar

48

Пьетруччи, Ф.И Лайо, А. Коллективная переменная для эффективного исследования структур бета-листов белка: применение к Sh4 и GB1. J. Chem. Теория вычисл. 5 , 2197–2201 (2009).

CAS Google Scholar

49

Трибелло, Г. А., Бономи, М., Брандуарди, Д., Камиллони, К. и Бусси, Г. Перья 2: Новые перья для старой птицы. Комп. Phys. Comm. 185 , 604–613 (2014).

CAS Google Scholar

50

Фу, Б.и другие. Почти: набор инструментов для моделирования всех атомных молекул для определения структуры белков. J. Comp. Chem. 35 , 1101–1105 (2014).

CAS Google Scholar

51

Hess, B. P-LINCS: параллельный решатель линейных ограничений для молекулярного моделирования. J. Chem. Теория вычисл. 4 , 116–122 (2008).

CAS Google Scholar

52

Дарден, Т., Йорк, Д. и Педерсен, Л. Сетка частиц Эвальда: метод NlogN для сумм Эвальда в больших системах. J. Chem. Phys. 98 , 10089–10092 (1993).

CAS Google Scholar

53

Бусси, Дж., Донадио, Д. и Парринелло, М. Каноническая выборка посредством масштабирования скорости. J. Chem. Phys. 126 , 014101 (2007).

Google Scholar

54

Пиана, С.И Лайо, А. Подход смещения-обмена к сворачиванию белка. J. Phys. Chem. B 111 , 4553–4559 (2007).

CAS Google Scholar

55

Кольхофф, К. Дж., Робустелли, П., Кавалли, А., Сальвателла, X. и Вендрусколо, М. Быстрые и точные предсказания химических сдвигов ЯМР белков на основе межатомных расстояний. J. Am. Chem. Soc. 131 , 13894–13895 (2009).

CAS Google Scholar

56

Робустелли П., Kohlhoff, K., Cavalli, A. & Vendruscolo, M. Использование химических сдвигов ЯМР в качестве структурных ограничений в молекулярно-динамическом моделировании белков. Структура 18 , 923–933 (2010).

CAS Google Scholar

57

Питера, Дж. У. и Ходера, Дж. Д. Об использовании экспериментальных наблюдений для смещения симулируемых ансамблей. J. Chem. Теория вычисл. 8 , 3445–3451 (2012).

CAS Google Scholar

58

Ру, Б.И Уир, Дж. О статистической эквивалентности моделирования ограниченного ансамбля с методом максимальной энтропии. J. Chem. Phys. 138 , 084107 (2013).

Google Scholar

59

Бумсма, В., Феркингхофф-Борг, Дж. И Линдорф-Ларсен, К. Объединение экспериментов и моделирования с использованием принципа максимальной энтропии. PLoS Comp. Биол. 10 , e1003406 (2014).

Google Scholar

60

Бардуччи, А., Бусси, Г. и Парринелло, М. Хорошо темперированная метадинамика: плавно сходящийся и настраиваемый метод свободной энергии. Phys. Rev. Lett. 100 , 020603 (2008).

Google Scholar

61

Бафтизаде, Ф., Коссио, П., Пьетруччи, Ф. и Лайо, А. Фолдинг белка и связывание лиганд-фермент на основе моделирования метадинамики обмена смещением. Curr Phys Chem 2 , 79–91 (2012).

CAS Google Scholar

62

Парринелло, М.& Рахман, А. Полиморфные переходы в монокристаллах: новый метод молекулярной динамики. J. App. Phys. 52 , 7182–7190 (1981).

CAS Google Scholar

63

Чериотти, М., Трибелло, Г. А. и Парринелло, М. Упрощение представления сложных ландшафтов свободной энергии с помощью схематической карты. Proc. Natl. Акад. Sci. США 108 , 13023–13028 (2011).

CAS Google Scholar

Интерфейсы и движущая сила гидрофобной сборки

1

Safron, S.A. Статистическая термодинамика поверхностей, интерфейсов и мембран Ch. 1–3 (Addison-Wesley, Reading, 1994).

Google Scholar

2

Танфорд К. Гидрофобный эффект и организация живого вещества. Наука 200 , 1012–1018 (1978).

ADS CAS Статья Google Scholar

3

Kauzmann, W. Некоторые факторы в интерпретации денатурации белка. Adv. Prot. Chem. 14 , 1–63 (1959).

CAS Google Scholar

4

Танфорд, К. и Рейнольдс, Дж. Природные роботы: история белков гл. 12 (Oxford Univ. Press, Oxford, 2001).

Google Scholar

5

Танфорд, К. Как химики-белки узнали о гидрофобном факторе. Protein Sci. 6 , 1358–1366 (1997).

CAS Статья Google Scholar

6

Дикс, С., Крейн, Дж., Пух, В. К. К., Финни, Дж. Л. и Сопер, А. К. Молекулярная сегрегация, наблюдаемая в концентрированном водно-спиртовом растворе. Nature 416 , 829–832 (2002).

ADS Статья Google Scholar

7

Свуп, У. К. и Андерсен, Х. С. Метод молекулярной динамики для расчета растворимости газов в жидкостях и гидрофобной гидратации атомов инертного газа в водном растворе. J. Phys. Chem. 88 , 6548–6556 (1984).

CAS Статья Google Scholar

8

Пратт, Л. Р. и Чандлер, Д. Теория гидрофобного эффекта. J. Chem. Phys. 67 , 3683–3704 (1977).

ADS CAS Статья Google Scholar

9

Пратт, Л. Р. и Чендлер, Д. Гидрофобная сольватация несферических растворенных веществ. J. Chem. Phys. 73 , 3430–3433 (1980).

ADS CAS Статья Google Scholar

10

Пратт, Л. Р. и Чендлер, Д. Гидрофобные взаимодействия и осмотические вторые вириальные коэффициенты для метанола в воде. J. Solution Chem. 9 , 1–17 (1980).

CAS Статья Google Scholar

11

Чандлер Д. Введение в современную статистическую механику гл. 3, 5–7 (Oxford Univ. Press, Нью-Йорк, 1987).

Google Scholar

12

Barrat, J. -L. И Хансен, Дж. -П. Основные понятия для простых и сложных жидкостей (Cambridge Univ. Press, Кембридж, 2003).

Забронировать Google Scholar

13

Шарп, К. А., Николлс, А., Файн, Р. и Хониг, Б.Согласование величины микроскопических и макроскопических гидрофобных эффектов. Science 252 , 106–109 (1991).

ADS CAS Статья Google Scholar

14

Эшбо, Х. С., Калер, Э. У. и Паулайтис, М. Е. «Универсальная» корреляция площади поверхности для молекулярных гидрофобных явлений. J. Am. Chem. Soc. 121 , 9243–9244 (1999).

CAS Статья Google Scholar

15

Танфорд, К.Межфазная свободная энергия и гидрофобный эффект. Proc. Natl Acad. Sci. США 76 , 4175–4176 (1979).

ADS CAS Статья Google Scholar

16

Bowron, D. T., Filipponi, A., Roberts, M. A. & Finney, J. L. Гидрофобная гидратация и образование гидрата клатрата. Phys. Rev. Lett. 81 , 4164–4167 (1998).

ADS CAS Статья Google Scholar

17

Стиллинджер, Ф.H. Структура водных растворов неполярных растворенных веществ с точки зрения теории масштабных частиц. J. Solution Chem. 2 , 141––158 (1973).

CAS Статья Google Scholar

18

Дилл, К. А. и Бромберг, С. Молекулярные движущие силы Гл. 16, 30 (Garland Science, Нью-Йорк, 2003).

Google Scholar

19

Мерфи, К.П. Температуры гидратации и конвергенции: об использовании и интерпретации корреляционных графиков. Biophys. Chem. 51 , 311–326 (1994).

CAS Статья Google Scholar

20

Лум, К., Чендлер, Д. и Уикс, Дж. Д. Гидрофобность в малых и больших масштабах. J. Phys. Chem. B 103 , 4570–4577 (1999).

CAS Статья Google Scholar

21

Хуанг Д.М. и Чандлер, Д. Гидрофобный эффект и влияние притяжения растворенного вещества и растворителя. J. Phys. Chem. B 106 , 2047–2053 (2002).

CAS Статья Google Scholar

22

Валквист А. и Берн Б. Дж. Компьютерное моделирование сил гидрофобной гидратации на сложенных друг на друга пластинах на близком расстоянии. J. Phys. Chem. 99 , 2893–2899 (1995).

CAS Статья Google Scholar

23

Герштейн, М.И Линден-Белл, Р. М. Моделирование воды вокруг модельной белковой спирали. 1. Двумерные проекции структуры растворителя. J. Phys. Chem. 97 , 2982–2990 (1993).

CAS Статья Google Scholar

24

Эшбо, Х. С. и Паулайтис, М. Е. Влияние размера растворенного вещества и взаимодействия растворенного вещества-вода с притяжением на структуру гидратационной воды вокруг гидрофобных растворенных веществ. J. Am. Chem. Soc. 123 , 10721–10728 (2001).

CAS Статья Google Scholar

25

Хуанг Д. М., Гайсслер П. Л. и Чандлер Д. Масштабирование гидрофобных свободных энергий. J. Phys. Chem. B 105 , 6704–6709 (2001).

CAS Статья Google Scholar

26

Ли, К. Ю., Маккаммон, Дж. А. и Россски, П. Дж. Структура жидкой воды на протяженной гидрофобной поверхности. J. Chem. Phys. 80 , 4448–4455 (1984).

ADS CAS Статья Google Scholar

27

Роулинсон, Дж. С. и Видом, Б. Молекулярная теория капиллярности гл. 8 (Оксфордский университет, Оксфорд, 1982).

Google Scholar

28

Смит Р. и Танфорд С. Гидрофобность длинноцепочечных н-алкилкарбоновых кислот, измеренная по их распределению между гептаном и водными растворами. Proc. Natl Acad. Sci. США 70 , 289–293 (1973).

ADS CAS Статья Google Scholar

29

Tanford, C. Гидрофобный эффект: образование мицелл и биологических мембран Ch. 1–4, 8 (Wiley, Нью-Йорк, 1980).

Google Scholar

30

Рашке, Т. М., Цай, Дж. И Левитт, М. Количественная оценка гидрофобного взаимодействия путем моделирования агрегации небольших гидрофобных растворенных веществ в воде. Proc. Natl Acad. Sci. США 98 , 5965–5969 (2001).

ADS CAS Статья Google Scholar

31

TenWolde, P. R. & Chandler, D. Высыхание вызвало коллапс гидрофобного полимера. Proc. Natl Acad. Sci. США 99 , 6539–6543 (2002).

ADS CAS Статья Google Scholar

32

Чандлер Д., Уикс, Дж. Д. и Андерсен, Х. С. Картина Ван-дер-Ваальса жидкостей, твердых тел и фазовых превращений. Science 220 , 787–794 (1983).

ADS CAS Статья Google Scholar

33

Скатена, Л. Ф. и Ричмонд, Г. Л. Ориентация, водородные связи и проникновение воды на границе раздела органических веществ и воды. J. Phys. Chem. B 105 , 11240–11250 (2001).

CAS Статья Google Scholar

34

Болл, П.Химическая физика: как сохранить сухость в воде. Nature 423 , 25–26 (2003).

ADS CAS Статья Google Scholar

35

Jensen, T. R. et al. Вода, контактирующая с протяженными гидрофобными поверхностями: прямое свидетельство слабого обезвоживания. Phys. Rev. Lett. 90 , 086101.1–086101.4 (2003).

ADS Статья Google Scholar

36

Чжан, Х., Чжу Ю. и Граник С. Гидрофобность на границе раздела янус. Наука 295 , 663–666 (2002).

ADS CAS Статья Google Scholar

37

Larson, R.G. Структура и реология сложных жидкостей Ch. 12 (Oxford Univ. Press, Нью-Йорк, 1999).

Google Scholar

38

Майбаум, Л., Ужин, А. Р. и Чандлер, Д.Мицеллообразование и гидрофобный эффект. J. Phys. Chem. B 108 , 6778–6781 (2004).

CAS Статья Google Scholar

39

Финни, Дж. Л. Уотер? Что в этом особенного? Фил. Пер. R. Soc. Лондон. B 359 , 1145–1165 (2004).

CAS Статья Google Scholar

40

Tanford, C. Бен Франклин успокоил волны Ch.14 (Oxford Univ. Press, Oxford, 2004).

Google Scholar

41

Хуанг Д. М. и Чандлер Д. Образование каверн и переход при высыхании в жидкости Леннарда-Джонса. Phys. Ред. E 61 , 1501–1506 (2000).

ADS CAS Статья Google Scholar

42

Bolhuis, P. G. & Chandler, D. Отбор проб кавитации между сольвофобными поверхностями на молекулярном уровне. J. Chem. Phys. 113 , 8154–8160 (2000).

ADS CAS Статья Google Scholar

43

Уикс, Дж. Д. Связь локальной структуры с образованием границ раздела: теория Ван-дер-Ваальса неоднородных жидкостей в молекулярном масштабе. Annu. Rev. Phys. Chem. 53 , 533–562 (2002).

ADS CAS Статья Google Scholar

44

Саутхолл, Н.T. & Dill, K. A. Механизм гидрофобной сольватации зависит от радиуса растворенного вещества. J. Phys. Chem. B 104 , 1326–1331 (2003).

Артикул Google Scholar

45

Биндер К., Ландау Д. П. и Ферренберг А. М. Смачивание и капиллярная конденсация решеточных газов в геометрии тонкой пленки. Ber. BunsenGes. Phys. Chem. 98 , 340–345 (1994).

CAS Статья Google Scholar

46

Майбаум, Л.И Чандлер, Д. Крупнозернистая модель воды, заключенной в гидрофобную трубку. J. Phys. Chem. B 107 , 1189–1193 (2003).

CAS Статья Google Scholar

47

Смит, Б. и др. Компьютерное моделирование границы раздела вода / масло в присутствии мицелл. Nature 348 , 624–625 (1990).

ADS CAS Статья Google Scholar

48

Ву, Д., Чандлер Д. и Смит Б. Электростатическая аналогия для сборок поверхностно-активных веществ. J. Phys. Chem. 96 , 4077–4083 (1992).

CAS Статья Google Scholar

49

Ларсон, Р.Г. Моделирование микроструктурных переходов в системах поверхностно-активных веществ методом Монте-Карло. J. Chem. Phys. 96 , 7904–7918 (1992).

ADS CAS Статья Google Scholar

50

Garde, S., Хаммер, Г., Гарсия, А. Е., Паулайтис, М. Е. и Пратт, Л. Р. Происхождение энтропийной конвергенции при гидрофобной гидратации и сворачивании белка. Phys. Rev. Lett. 77 , 4966–4968 (1998).

ADS Статья Google Scholar

51

Мерфи, К. П., Привалов, П. Л. и Гилл, С. Дж. Общие черты разворачивания белков и растворения гидрофобных соединений. Наука 247 , 559–561 (1990).

ADS CAS Статья Google Scholar

52

Хуанг Д. и Чандлер Д. Зависимость гидрофобных эффектов от температуры и длины и их возможные последствия для сворачивания белков. Proc. Natl Acad. Sci. США 97 , 8324–8327 (2000).

ADS CAS Статья Google Scholar

53

Болдуин Р. Л. Температурная зависимость гидрофобного взаимодействия при сворачивании белка. Proc. Natl Acad. Sci. США 83 , 8069–8072 (1986).

ADS CAS Статья Google Scholar

54

Gerstein, M. & Chothia, C. Упаковка на границе раздела белок-вода. Proc. Natl Acad. Sci. USA 93 , 10167–10172 (1996).

ADS CAS Статья Google Scholar

55

Леви Ю. и Онучич Дж.Н. Вода и белки: отношения любви и ненависти. Proc. Natl Acad. Sci. США 101 , 3325–3326 (2004).

ADS CAS Статья Google Scholar

56

Рабани, Э., Райхман, Д. Р., Гайсслер, П. Л. и Брус, Л. Е. Самосборка наночастиц, опосредованная сушкой. Nature 426 , 271–274 (2003).

ADS CAS Статья Google Scholar

57

Лум, К.И Чандлер, Д. Фазовая диаграмма и свободные энергии паровых пленок и трубок для замкнутой жидкости. Внутр. J. Thermophys. 19 , 845–855 (1998).

CAS Статья Google Scholar

58

Паркер, Дж. Л., Клаессон, П. М. и Аттард, П. Пузыри, полости и дальнее притяжение между гидрофобными поверхностями. J. Phys. Chem. 98 , 8468–8480 (1994).

CAS Статья Google Scholar

59

Френкель Д.& Смит, Б. Понимание молекулярного моделирования 2-е изд., Гл. 7 (Academic, Сан-Диего, 2002 г.).

MATH Google Scholar

60

Хаммер, Г., Гарде, С., Гарсия, А. Э., Похорилл, А. и Пратт, Л. Р. Модель теории информации гидрофобных взаимодействий. Proc. Natl Acad. Sci. США 93 , 8951–8955 (1996).

ADS CAS Статья Google Scholar

61

Моррисон, Т.Дж. И Биллетт Ф. Высаливание неэлектролитов. Часть II. Эффект вариации неэлектролитов. J. Chem. Soc. 3819–3822 (1952).

62

Чендлер, Д. Модель гауссова поля флюидов в приложении к полимерным флюидам. Phys. Ред. E 48 , 2898–2905 (1993).

ADS CAS Статья Google Scholar

63

Сильверштейн, К. А. Т., Хаймет, А. Д.Дж. И Дилл, К. А. Прочность водородных связей в жидкой воде и вокруг неполярных растворенных веществ. J. Am. Chem. Soc. 122 , 8037–8041 (2000).

CAS Статья Google Scholar

64

Галлахер, К. Р. и Шарп, К. А. Новый взгляд на изменения теплоемкости при гидрофобной сольватации. J. Am. Chem. Soc. 125 , 9853–9860 (2003).

CAS Статья Google Scholar

65

Галликкио, Э., Кубо, М. и Леви, Р. М. Энтальпия-энтропия и разложение полостей свободных энергий гидратации алкана: численные результаты и значение для теорий гидрофобной сольватации. J. Phys. Chem. B. 104 , 6271–6285 (2000).

CAS Статья Google Scholar

66

Маккей Д. и Шиу В. Ю. Критический обзор констант закона Генри для химических веществ, представляющих интерес для окружающей среды. J. Phys. Chem.Ref. Данные 10 , 1175–1199 (1981).

ADS CAS Статья Google Scholar

67

Ben-Naim, B. Гидрофобные взаимодействия Ch. 3 (Пленум, Нью-Йорк, 1980).

Забронировать Google Scholar

68

Маккей Д., Шиу В. Ю. и Ма, К. С. Иллюстрированный справочник по физико-химическим свойствам и экологической судьбе органических химикатов Vol. III , 117, 170 (CRC Press, Boca Raton, 1993).

Google Scholar

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Гидрофильные и гидрофобные: в чем разница и как выбрать

Автор: Кавон Кормак, инженер по приложениям, Saint-Gobain Life Sciences

Гидрофильная или гидрофобная природа фильтра — одно из типичных свойств, которое помогает определить области применения, в которых его наиболее легко использовать. Следовательно, понимание разницы между этими двумя характеристиками очень поможет вам в любом проекте фильтрации, который вы собираетесь начать.

Гидрофильные материалы привлекательны для воды или «любят воду», поэтому в процессах фильтрации жидкостей обычно используются гидрофильные фильтры.Гидрофильность фильтра позволяет полярным жидкостям, таким как вода, взаимодействовать более эффективно и максимизировать процесс фильтрации. Пример такого применения в медицинской промышленности включает удаление бактерий из водных растворов для внутривенного введения, таких как 0,9% физиологический раствор. В этом случае раствор для внутривенного вливания, состоящий из хлорида натрия, имеет поверхностное натяжение ~ 70 мН / м, что составляет примерно 96 процентов от поверхностного натяжения воды (72,86 мН / м), что облегчает смачивание фильтра.Смачиваемость — важный параметр для эффективных процессов фильтрации, поскольку он указывает на способность жидкости поддерживать контакт с твердой поверхностью. Гидрофильная мембрана — идеальный выбор для этого типа применения, поскольку непрерывный поток 0,9% физиологического раствора чрезвычайно важен при лечении сильно обезвоженного пациента.

И наоборот, гидрофобные материалы «ненавидят» или отталкивают воду, поэтому гидрофобные фильтры обычно используются в процессах фильтрации газа.Гидрофобность фильтра позволяет неполярным жидкостям, таким как воздух, взаимодействовать более эффективно и предотвращать прохождение жидкостей, таких как вода, через фильтр. Гидрофобные фильтры обычно используются для вентиляции газов в медицинских устройствах. Эти фильтры позволяют выпускать воздух или другие газы, сохраняя при этом жидкости на водной основе, которые будут использоваться для лечения пациентов.

Также стоит отметить, что гидрофобные мембраны могут использоваться в процессах фильтрации жидкостей.Во-первых, гидрофобные мембраны будут смачиваться жидкостями с меньшей плотностью и поверхностным натяжением, чем вода. Кроме того, бывают случаи, когда ваша фильтрующая жидкость и типичная гидрофильная мембрана (например, полиэфирсульфон или PES) химически несовместимы, что приведет к разложению мембраны с жидкостью, что делает гидрофобную мембрану лучшим выбором.

Аналогичным образом гидрофильные мембраны можно использовать в процессах фильтрации газа. У вас может быть система, в которой со временем образуется конденсат, из-за которого жидкость может скапливаться в фильтре.Вы можете решить такую ​​ситуацию, используя гидрофильную мембрану, чтобы избежать каких-либо сбоев в работе или предотвратить загрязнение жидкости любым типом.

Тест на смачиваемость — это простая процедура, используемая для демонстрации того, является ли мембрана гидрофильной или гидрофобной. Когда капля жидкости соприкасается с поверхностью, она имеет тенденцию растекаться по поверхности или оставаться приблизительно сферической; угол, образованный между жидкостью и поверхностью, называется краевым углом.Если интересующей жидкостью является вода, низкий угол смачивания (менее 90 градусов) указывает на то, что поверхность гидрофильна, а большой угол смачивания (90 градусов или выше) указывает на то, что поверхность гидрофобна. Выполнив этот простой тест, вы можете немедленно проверить и проверить смачиваемость мембраны и ее сродство к жидкости, что поможет вам понять степень гидрофильности по сравнению с гидрофобностью.

Наконец, чрезвычайно важно помнить о свойствах жидкости (поверхностное натяжение, вязкость, плотность и удельный вес — и это лишь некоторые из них), которые могут быть использованы в вашем проекте фильтрации, поскольку эти свойства будут влиять на ваши рабочие параметры, влияя на химические вещества. совместимость, размер пор, срок службы, частота технического обслуживания, температура, давление и скорость потока.Saint-Gobain Life Sciences предлагает широкий спектр стандартных и индивидуальных решений для фильтрации. Их инженеры готовы помочь вам с вашим следующим проектом фильтрации.

Если вам нужен образец, свяжитесь с нами.

Гидрофобность: остановится падение или скатится?

Что происходит с каплями воды, падающими на этот лист

Colocasia ?

• Что вы замечаете в листе после того, как капли воды скатились? Лист сухой или влажный? Вы этого ожидали?
• Как водоотталкивающие листья могут помочь растению?

Если растениям нужно воды, то почему этот лист отталкивает воду? Оказывается, в определенных климатических условиях способность быстро удалять поверхностные воды дает некоторым растениям преимущество в выживании.В этом исследовании вы изучите текстуры поверхности и проведете «тест на наклон», чтобы сравнить, как материалы с разной текстурой поверхности отталкивают или поглощают воду.

Рабочие листы для учащихся см. В Панели инструментов преподавателя ниже.

У растений, обитающих во влажных средах, таких как тропические леса и заболоченные земли, могут развиваться грибковые и бактериальные инфекции. Это потому, что многие из этих патогенов растений любят влагу. Влажные условия могут привести к росту плесени, как в забытом пакете с овощами в холодильнике.Во влажной среде растения, которые могут сохранять свои листья сухими и чистыми, с большей вероятностью будут здоровыми и будут размножаться.

На кончике некоторых листьев вы можете увидеть структуру, называемую «капельным наконечником», которая помогает отводить воду от листа. Фото Бет Топинка. Грибок на листьях растений из Shutterstock

.

Почему вода не увлажняет поверхность Колоказии?

Арахнофобия — боязнь пауков. Иллюстрация Уэсли Ганна

Поверхности, отталкивающие воду, такие как листья растения Colocasia , называются гидрофобными .

• «Гидро-» — это слово из греческого корня, означающее воду.
• «Фобия» означает страх. Может быть, вы знаете кого-то, кто страдает клаустрофобией (ненавидит находиться в тесном замкнутом пространстве) или арахнофобией (боится пауков).

Капля воды поднимается на лист Colocasia esculenta (красноглазый геккон). Фото Бет Топинка.

Когда капля воды падает на лист Colocasia , она превращается в сферу и просто скатывается. Почему вода не увлажняет поверхность? Потому что этот лист супер гидрофобный!

Вода балансирует на микроструктурах листьев Colocasia, как шарик для пинг-понга на зубцах расчески.Иллюстрация Уэсли Ганна

Микроскопические текстуры играют огромную роль в гидрофобности. Например, листья растения Colocasia покрыты восковыми микроскопическими бугорками, которые не позволяют каплям воды прилипать или прилипать к листу. (Представьте мяч для пинг-понга, балансирующий на зубцах расчески — вот так выглядела бы капля воды, сидящая на листе Colocasia , если бы вы приблизились очень близко.) В качестве бонуса капли воды собирают пыль. и грязь, когда они катятся по листу — другими словами, поверхность листа самоочищается!

Вдохновленные способностью некоторых растений оставаться сухими, ученые разработали инновационные супергидрофобные металлические поверхности.Эти новые металлические поверхности можно использовать для изготовления автомобилей, которые не ржавеют, и крыльев самолетов, которые не покрываются льдом. Как вы можете видеть на анимации ниже, вода не только не прилипает к супергидрофобному металлу, но и отталкивается им.

Хмммм… как вы думаете, поверхность может быть

слишком гидрофобной?

Не все материалы отталкивают воду.

Крошечные тканевые петли на пляжном полотенце гидрофильны. Иллюстрация Уэсли Ганна

Гидрофильность противоположна гидрофобности.Мы уже знаем, что гидро означает воду.

• Что, по вашему мнению, означает «-фильный»?
• В каких случаях гидрофильный материал может быть вам полезен?

Как гидрофильное полотенце помогает этим девушкам?

Гидрофильное пляжное полотенце состоит из тысяч крошечных петель ткани. Эти пушистые петли обеспечивают достаточную поверхность для впитывания воды.

Вы можете придумать часть растения, которая выиграет от гидрофильности?

Подумайте об основных функциях каждой структуры растения.Как вы думаете, какие части будут гидрофобными? Гидрофильный? Иллюстрация Уэсли Ганна

Подготовка к исследованию гидрофобности

Теперь мы протестируем различные биологические и небиологические объекты, чтобы выяснить, является ли их поверхность гидрофобной, гидрофильной или промежуточной. Прежде чем начать, давайте потратим несколько минут на то, чтобы попрактиковаться в описании различных текстур и создании капель воды одинакового размера.

См. Набор инструментов преподавателя в нижней части страницы, где можно найти распечатанный протокол лабораторной работы и рабочие листы для учащихся.

Сортировка текстур

Отсортируйте и опишите образцы материалов, чтобы выработать общий язык для обсуждения и сравнения текстур.

Материалы для сортировки текстур (на группу из 3)

• 5 бумажных пакетов для обеда, в каждом по одному образцу материала
• Образцы материалов, нарезанные на квадраты размером 8 см (например, наждачная бумага № 80, дерево, пробка, бумага для принтера, вощеная бумага)
• 5 каталожных карточек
• 5 скрепок для прикрепления карточек к сумкам

Стандартизация капли воды

Важной частью такого эксперимента является обеспечение того, чтобы одна и та же процедура выполнялась на всех тестируемых материалах.Одним из факторов, который вы можете контролировать в своем исследовании гидрофобности, является размер ваших капель воды. Почему в этом эксперименте важно убедиться, что все капли воды похожи? Это упражнение поможет вам научиться создавать капли воды одинакового размера.

Материалы для стандартизации капель воды (на группу из 3 человек)

• Карточка ламинированная с кругами армирования
• Пипетка или пипетка
• Вода

1. Вырежьте сетку 4 × 4 из усилительных кругов и прикрепите ее липкой лентой к каталожной карточке.Ламинируйте карту или заклейте ее упаковочной лентой, чтобы сделать ее водонепроницаемой.
2. Используя пипетку или пипетку, поместите две капли воды в центр каждого круга, чтобы создать большие капли воды одинакового размера.

Исследование гидрофобности

Есть несколько тестов, которые мы можем провести, чтобы определить гидрофобность материала. Посмотрев на форму профиля капли воды (вид сбоку) и проведя испытание на наклон, мы можем получить представление о том, насколько поверхность поглощает или отталкивает воду.

Лабораторные материалы для исследования гидрофобности (на группу из 3 человек)

• Ассорти из растительных материалов и другие предметы из дома или учебы (лучше всего подходят плоские вещи)
• Буфер обмена
• Транспортир
• Ножницы
• Малярная лента и / или клейкая лента
• Маленькая емкость для воды
• Пипетка или пипетка
• Бумажные полотенца
• Ручная линза (увеличительное стекло)
• Лист данных наблюдений

Почему разные материалы имеют разную гидрофобность?

Вода имеет два важных свойства, влияющих на гидрофобность: когезию и адгезию.Сплоченность означает, что молекулы воды любят слипаться и образовывать капли воды. Адгезия означает, что молекулы воды прилипают к другим поверхностям. Когда естественная сферическая капля воды приземляется на гидрофильную поверхность, сила тяжести тянет ее вниз, и капля имеет тенденцию сплющиваться, как блин, и делать поверхность влажной. Однако на супергидрофобной поверхности капля воды сохраняет сферическую форму и не прилипает, поскольку поверхность обеспечивает минимальную площадь контакта. Помните аналогию с шариком на гребне? При минимальном наклоне капля воды быстро скатывается.Например, супергидрофобные обработанные лазером металлические поверхности ученого из Рочестерского университета Чунлей Го отталкивают воду при наклоне менее пяти градусов. Напротив, супергидрофильные поверхности будут поглощать каплю воды.

Словарь

• Структура — что-то построенное, организованное или собранное
• Функция — что-то делает, как работает
• Гидрофобный — «ненавидит воду», отталкивает воду
• Супергидрофобный — очень водоотталкивающий
• Гидрофильный — «водолюбивый», вода цепляется за него
• Текстура — ощущение поверхности
• Возбудитель — микроорганизм, вызывающий заболевание, например бактерия или грибок
• Микроструктура — физическая характеристика, видимая под микроскопом
• Наноструктура — супер-крошечная особенность от 0.1-100 нм толщиной или диаметром

---

Примеры, подтолкнувшие ваше мышление

Рассматривая некоторые из приведенных ниже примеров, как гидрофобные и гидрофильные поверхности могут вдохновлять людей на поиск решений человеческих проблем в различных регионах мира?

---

Связанные ресурсы

---

Дополнительная деятельность

● Изучить самоочищающиеся свойства супергидрофобных растений. Используйте супергидрофобный лист растения и перец или песок.Проведите мозговой штурм и исследуйте инновационные дизайнерские решения самоочищающихся поверхностей. Попробуйте другие жидкости, например мед, сироп или масло.

● Изучите структуру растений, которые используют гидрофобные листья для сбора воды, например, бромелиевые.

● Измерьте контактный угол для определения гидрофобности поверхностей. (Используйте это изображение угла контакта.)

● Изучите микро- и наноструктуры клеток, влияющие на смачивание поверхности. (Средняя школа и не только.