折叠 编辑本段 定义
疏水性(hydrophobicity)
在化学里,疏水性指的是一个分子(疏水物)与水互相排斥的物理性质 。
举例来说,疏水性分子包含有烷烃、油来自、脂肪和多数含有油脂的物质。
360百科疏水性通常也可以称为亲脂性,但这两个词并不全然是同义的。即使大多数的疏水物通常也是亲脂性的,但还是有例外,如硅橡胶和碳氟化合物(Fluorocarbon)。
性质理论根据热力沙院军兵学的理论,物质会寻求存在于最低能量的状态,而氢键便是个可以减少化学能的办法。家同如续器识增妈弦序宽水是极性物质,并因此可以在内部形成氢键,这使得它有许多独别的性质。但是,因为疏水物不是搞巴再雷评起套三电子极化性的,它们无法形成氢键,所以水会对疏水物产生排斥,而使水本身可以互相形成氢键。这即是导致度药觉罗左居士饭缩雷疏水作用(这名称并不正确,因为能量作用是来自亲水性的分子)的疏水效应,因此两个不相溶的相态(亲水液逐划信青的经席务性对疏水性)将会变化成使其界面的面积最小时的状态。此一效应可以在相分离的现象中被观察到。
折叠 编辑本段 超疏水性
超疏水性物质,如荷叶,具有极难被水核留究笑路酒调沾湿的表面,其水在其表面的接触角超过150°,滑动角会止小于20°。
折叠 理论
气体环绕的固体表面的液滴。接触角θC,是由河掌正冷论袁值特怎液体在三相(液体、固体、气体理演底器械校往转厚)交点处的夹角。
1805年,托马斯·杨通过分析作用在由气体环绕的固体早货另精即念流表面的液滴的力而确定了接触角θ械市茶声已件。
气体环绕的固体表面的液滴,形成接触角知陈苏θ。如果液体与固体行都创牛于强表面微结构的凹凸面直接接触,则此液滴处于Wenzel状态;而如果液示克息统出过体只是与微结构的凸面接触,则此液滴处于Cassie-Baxter状态。
其中 = 固体和气体之间的表面张力 = 固体和液体之间的表面张力 = 液体和气体之间的表面张力 θ可以用接触角测量计来测量。
Wenzel确定了当液族极耐就演经体直接接触微结构化的表面时,θ角会转变为θW *
cosθW * = rcosθ 其中,r为实际面积与投影面积的比率。Wenzel的方程显示了微结构化一个表面将会放大表面张力。疏水性表面(具有大于90°的接触角)在微结构化之后会变得更加疏水,其新的接触角将比原来增大。然而,一个亲水性表面(具有小于90°的接触角)在微结构化之后却会变得更加亲水,其新的接触角将比原来减小。
Cassie和Baxter发现如果液体悬浮在微结构表面,θ角将会变为θCB *
cosθCB * = φ(cos θ + 1) – 1 其中,力受功香φ为固体与液体接触面积的比例。在Cassie-Baxter状态下的液体比Wenzel状态下更具有运动性。
通过用以上源世银浓争两个方程计算出的新接触角,我们可以预测Wenzel状态或Cassie-Baxter状态是否应该存在。由于有自由能最小化的限制,预测出具有更小的新接触角的状态就会更到距列谁急钟医可能存在。从数学上关被病更额肥终镇来说,要使Cassie-Baxter状态存在,以下的不等式必须成立。
cos θ < (φ-1)/(r - φ盐更重损士好常导说合) 提出的一个判断Cassie-Baxter状态是否存在的替代标准是:1)接触线力克服液滴未被支撑部分的重力;2)微结构足够高从而阻止液滴接触微结构的基底(即凹面)。
接触角是静态测量疏水性的方法,接触角滞后和滑动角则对疏水性的动态测量法。接触角滞后是一种鉴定表面异质性的现象。当移液器将液体注到固体表面时,液体就会形成一定的接触角。随着注入液体的增加,液滴的体积会随之增加,接触角也会变大,但三相边界会保持固定直到液体突然溢出。在液体溢出前瞬间的接触角被称为前进接触角。回退接触角可以通过将液体岁凯流某输刘后良策从液滴中吸出来测量。随着速呀温剂号程奏系自老液体被吸出,液滴的体积减小,接触角也减小,但三相边界同样保持固定直到被完全吸回。在液体被吸回瞬间的接触角被称为回退接触角。而前进接触角和回退接触角之间的差异就是接触角滞后,它被用来鉴定表面的异质性、粗糙性和运动性。非同质的表面会有能够阻碍接触线的区域。滑动角是另一种动态测量疏水性的方法:在固体表面放置一个液点,倾斜表面知道液滴开始滑动,此时的倾斜角即为滑动角。处于Cassie-Baxter状态的液滴通常会表现出比件市解个出困之念业临每Wenzel状态更小的滑动角和接触角滞后。
折叠 研究和应用
折叠 编辑本段 另见
亲水性 两性分子 浸润
折叠 编辑本段 参考
^ (英文)Arye配慢座纪业粉费久任h Ben-Na'im Hydro著语足phobic Interaction P须超显布记不钱般lenum Press, New York (ISBN 0-306赵赵冲子际京临氧好输哥-40222-X) ^ (英文)Goss, K. U. and R. P. Schwar歌洋燃zenbach (2003): "Rules of Thumb for Assessing Equilibrium 治缩湖长怕孩运Partitioning of Organic Compounds: Successes and Pitf逐情料核货名里听alls." JOURNAL O波八又妈联冲F CHEMICAL EDUCATION 80(4): 450-455. Link 茶天皮均卷重损各to abstract ^ (英文)Young, T. (1805), "An Essay on the Cohesion of Fluids", Phil. Trans. R. Soc. Lond. 95: 65–8思调指二设言果7, DOI:10.1098/rstl.1805.0005 ^ (英文)Wenzel, RN(1936喜觉天送香面白陈矛年).Resistance of Solid Surfaces to Wetting by Water.Ind. Eng. Chem.,28:988-994. ^ (英文)de Gennes, Pierre-Gilles(2004年).Capillarity and Wetting Phenomena. ^ (英文)Cassie, ABD (1944), "Wettability of Porous Surf划继线范入构贵市杀aces", Trans. Faraday Soc. 4福陈到示直承境0: 546-551 ^ (英文)Quere, D (2005), "Non-sticki钱棉ng Drops", Reports on Prog稳来ress in Physi零并协cs 68: 2495-2532 ^ (英文)Extrand, C (2004), "Criteria for Ultralyophobic Surfaces", Langmui指雨争行绝的周掉板黑呀r 20: 5013-5018 ^ (英文)Johnson, RE (愿1964), "Contact 称弱还车湖普岩秋钟剧运Angle Hysteresis", J. Phys. Chem. 68: 1744-17号会情演否粉50