Гидрофил — это молекула или другая молекулярная сущность , которая притягивается к молекулам воды и имеет тенденцию растворяться в воде. [1]
Напротив, гидрофобы не притягиваются к воде и могут показаться отталкиваемыми ею. Гигроскопичные притягиваются к воде, но не растворяются в ней.
Гидрофильная молекула или часть молекулы — это молекула, взаимодействие которой с водой и другими полярными веществами термодинамически более выгодно, чем взаимодействие с маслом или другими гидрофобными растворителями. [2] [3] Они обычно поляризованы по заряду и способны образовывать водородные связи . Это делает эти молекулы растворимыми не только в воде, но и в полярных растворителях .
Гидрофильные молекулы (и части молекул) можно противопоставить гидрофобным молекулам (и частям молекул). В некоторых случаях и гидрофильные, и гидрофобные свойства встречаются в одной молекуле. Примером таких амфифильных молекул являются липиды , из которых состоит клеточная мембрана . Другим примером является мыло , которое имеет гидрофильную головку и гидрофобный хвост, что позволяет ему растворяться как в воде, так и в масле.
Гидрофильные и гидрофобные молекулы также известны как полярные молекулы и неполярные молекулы соответственно. Некоторые гидрофильные вещества не растворяются. Этот тип смеси называется коллоидом .
Приблизительное эмпирическое правило гидрофильности органических соединений заключается в том, что растворимость молекулы в воде составляет более 1 % по массе , если на 5 атомов углерода приходится по крайней мере одна нейтральная гидрофильная группа или на 7 атомов углерода приходится по крайней мере одна электрически заряженная гидрофильная группа. [4]
Гидрофильные вещества (например, соли) могут, по-видимому, притягивать воду из воздуха. Сахар также гидрофилен, и, как и соль, иногда используется для вытягивания воды из продуктов. Сахар, посыпанный на разрезанные фрукты, «вытянет воду» посредством гидрофилии, делая фрукты мягкими и влажными, как в обычном рецепте клубничного компота .
Жидкие гидрофильные химикаты в комплексе с твердыми химикатами можно использовать для оптимизации растворимости гидрофобных химикатов.
Примерами гидрофильных жидкостей являются аммиак, спирты, некоторые амиды, такие как мочевина, и некоторые карбоновые кислоты, такие как уксусная кислота.
Гидроксильные группы (-ОН), обнаруженные в спиртах, являются полярными и, следовательно, гидрофильными (любящими воду), но их часть углеродной цепи неполярна, что делает их гидрофобными. Молекула становится все более неполярной в целом и, следовательно, менее растворимой в полярной воде по мере того, как углеродная цепь становится длиннее. [5] Метанол имеет самую короткую углеродную цепь из всех спиртов (один атом углерода), за ним следует этанол (два атома углерода) и 1-пропанол вместе со своим изомером 2-пропанолом , все они смешиваются с водой. Трет-бутиловый спирт с четырьмя атомами углерода является единственным среди своих изомеров, который смешивается с водой.
Циклодекстрины используются для создания фармацевтических растворов путем захвата гидрофобных молекул в качестве гостевых хозяев. Поскольку соединения включения циклодекстринов с гидрофобными молекулами способны проникать в ткани организма, их можно использовать для высвобождения биологически активных соединений при определенных условиях. [6] Например, тестостерон образует комплекс с гидроксипропил-бета-циклодекстрином (HPBCD), 95% абсорбции тестостерона было достигнуто за 20 минут при подъязычном приеме, но HPBCD не абсорбировался, тогда как гидрофобный тестостерон обычно абсорбируется менее чем на 40% при подъязычном приеме. [7]
Гидрофильная мембранная фильтрация используется в нескольких отраслях промышленности для фильтрации различных жидкостей. Эти гидрофильные фильтры используются в медицинской, промышленной и биохимической областях для фильтрации таких элементов, как бактерии, вирусы, белки, частицы, лекарства и другие загрязняющие вещества. Распространенные гидрофильные молекулы включают коллоиды, хлопок и целлюлозу (из которой состоит хлопок).
В отличие от других мембран, гидрофильные мембраны не требуют предварительного смачивания: они могут фильтровать жидкости в сухом состоянии. Хотя большинство из них используются в процессах фильтрации с низким нагревом, многие новые гидрофильные мембранные ткани используются для фильтрации горячих жидкостей и флюидов. [8]