Hydrophobie

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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Hydrophobie (Begriffsklärung) aufgeführt.
Die hydrophobe Oberfläche von Gras lässt das Wasser abperlen
Wassertropfen rollen eine schiefe Ebene hinunter, deren Oberfläche hydrophob beschichtet ist.

Der Begriff hydrophob stammt aus dem Altgriechischen (ὕδωρ hýdor „Wasser“ sowie φόβος phóbos „Furcht“)[1] und bedeutet wörtlich „wassermeidend“.
Das Maß für den Ausprägungsgrad der Hydrophobie von Stoffen ist die Hydrophobizität.

Mit diesem Fachausdruck aus der Chemie werden Substanzen charakterisiert, die sich nicht mit Wasser mischen und es auf Oberflächen meist „abperlen“ lassen. In der Biologie bezeichnet er wassermeidende Pflanzen oder Tiere.

Unpolare Stoffe wie Fette, Wachse, Alkohole mit langen Alkylresten – also mit Ausnahme von Methanol, Ethanol und PropanolAlkane, Alkene usw. sind hydrophob. Beim Lösen von hydrophoben Stoffen in Wasser tritt generell ein sogenannter hydrophober Effekt auf und bei manchen kleinen, hydrophoben Spezies, wie Methan oder Xenon, bilden sich sogar entropisch ungünstige Klathrat-Strukturen. Deshalb ist generell die Löslichkeit dieser Stoffe in Wasser gering.

Hydrophobe Stoffe sind so gut wie immer lipophil, das heißt sie lösen sich gut in Fett und Öl auf. Eine Ausnahme dieser Regel sind Fluorcarbone und manche ionische Flüssigkeiten wie z. B. BMIIm, welche in der Regel weder wasser- noch fettlöslich sind.

Oberflächen mit einem Kontaktwinkel von mehr als 90° gegenüber Wasser werden auch als hydrophob bezeichnet. Hydrophobe Oberflächen bestehen in der Regel aus hydrophoben Substanzen oder sind von diesen bedeckt. Beispiele sind die Beschichtung von Oberflächen mit PTFE (Teflon) oder die Imprägnierung von Isolierstoffen und Textilien mit hydrophoben Stoffen wie Wachs oder Paraffin.

Ein Extrembeispiel für eine hydrophobe Oberfläche ist die Oberfläche von Blättern und Blüten des Lotus. Diese ist rau und zusätzlich mit hydrophoben Substanzen bedeckt. Durch diese Besonderheit weist sie Kontaktwinkel von über 160° auf, so dass Tropfen auf ihr fast rund sind. Von solchen Oberflächen perlt Wasser sehr gut ab. Aufliegende Schmutzpartikel werden sehr leicht weggespült. Dieser Effekt wird Lotuseffekt genannt.

Die stärkste Abweisung gegenüber Wasser und Öl wird Superamphiphob genannt.[2]

Das Gegenteil von Hydrophobie ist Hydrophilie. Moleküle, die sowohl lipophile als auch hydrophile Strukturteile besitzen, bezeichnet man als amphiphil. Diesen Effekt nutzen waschaktive Substanzen, wie beispielsweise Tenside, oder Alkalisalze von Fettsäuren, (Na-Salz = Kernseife und K-Salz = Schmierseife) . Sie lösen damit hydrophoben Schmutz in Wasser.

Präzisierung des Begriffs[Bearbeiten]

Entgegen der verbreiteten Vorstellung existieren zwischen ungeladenen Molekülen keine abstoßenden Wechselwirkungen. Selbst zwischen der sehr hydrophoben Oberfläche von Teflon und Wasser existiert eine anziehende Wirkung.[3] Ohne eine solche könnten keine Wassertröpfchen an der Unterseite von hydrophoben Oberflächen haften, sondern würden herunterfallen. Der Grund für hohe Kontaktwinkel gegenüber Wasser ist, dass dieses mit sich selbst stärkere Wechselwirkungen (Wasserstoffbrückenbindungen) eingehen kann als mit der hydrophoben Oberfläche, mit welcher nur Van-der-Waals-Bindungen möglich sind. Deshalb ist eine annähernd kugelförmige Gestalt von Wassertropfen energetisch am günstigsten.

Siehe auch[Bearbeiten]

Quellen[Bearbeiten]

  1. Wilhelm Gemoll: Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch. München/Wien 1965.
  2. Materialwissenschaften der Max-Planck-Gesellschaft
  3. Goss, K. U., Schwarzenbach R.P. (2003): Rules of Thumb for Assessing Equilibrium Partitioning of Organic Compounds: Successes and Pitfalls. JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION 80(4): 450–455.