Hydrofob betydning

Hydrofob betyder vandafvisende eller vandsky: Et hydrofobt stof, en overflade eller en kemisk gruppe har lav affinitet til vand, opløses dårlig i vand og får ofte vand til at perle og rulle af.

Betydning og definition

Udtrykket hydrofob bruges om materialer, molekyler, overflader eller funktionelle grupper, der ikke interagerer gunstigt med vand. Hydrofobi viser sig typisk ved:

• Lav opløselighed i vand (for molekyler og stoffer).
• Høj kontaktvinkel og perledannelse (for overflader).
• Tendens til at samle sig med andre ikke-polære stoffer (olie, voks, kulbrinter) frem for vand.
• Formning af strukturer som miceller og dobbeltlag, hvor hydrofobe dele skjules fra vand.

I kemi, biologi, materialeteknologi og hverdagsbrug bruges ordet både om egenskaben (hydrofobi) og om selve objektet (et hydrofobt stof).

Etymologi

”Hydrofob” kommer af græsk hydor (vand) + phobos (frygt). Udtrykket beskriver ikke ”frygt” i psykologisk forstand, men en frastødende/ugunstig interaktion mellem vand og ikke-polære overflader eller grupper.

Relaterede begreber

• Hydrofil: Vandelskende; det modsatte af hydrofob.
• Amfifil/amfipatisk: Molekyler med både hydrofob og hydrofil del (fx sæber og tensider).
• Lipofil: Fedtelskende; ofte sammenfald med hydrofob, men ikke altid identisk.
• Oleofob: Olieafvisende; fluorpolymerer kan være både hydrofobe og oleofobe.
• Hydrofob effekt: Den termodynamiske drivkraft, der får ikke-polære enheder til at undgå vand.
• Overfladeenergi: Hydrofobe overflader har typisk lav overfladeenergi.
• Kontaktvinkel: Vinkel mellem en vanddråbe og en overflade; bruges til at kvantificere hydrofobi.

Fysisk-kemisk forklaring

Vand er stærkt polært og danner omfattende hydrogenbindinger. Ikke-polære (hydrofobe) molekyler kan ikke danne sådanne bindinger, hvilket ”forstyrrer” vandets netværk. For at minimere denne forstyrrelse og øge entropien i det omgivende vand, vil vandet ”skubbe” de hydrofobe enheder sammen. Resultatet er:

• Opløsning: Ikke-polære stoffer opløses dårligt i vand, men godt i ikke-polære opløsningsmidler (”lige opløser lige”).
• Selvsamling: Amfifile molekyler danner miceller og membraner, der gemmer hydrofobe haler væk fra vand.
• Vådning: På hydrofobe overflader bliver vanddråber runde (høj kontaktvinkel) og ruller lettere af.

Modeller som Wenzel og Cassie–Baxter forklarer, hvordan ruhed og luftlommer kan forstærke hydrofobi (lotus-effekten). Målinger foretages typisk med et goniometer, og kontaktvinkelhysteresen siger noget om, hvor let dråber slipper overfladen.

Måling og klassificering

Klasse	Typisk kontaktvinkel (θ)	Egenskab	Eksempler
Hydrofil	< 90°	Vand spreder sig	Rent glas, iltede metaller
Hydrofob	≈ 90–150°	Vand perler	Polyethylen, voksbehandlet læder
Superhydrofob	> 150° (lav hysteres)	Dråber ruller af ved svag hældning	Lotusblade, nanotekstureret PTFE

Biologi og medicin

• Proteiner: Hydrofobe aminosyrer (fx alanin, valin, leucin, isoleucin, methionin, phenylalanin, tryptofan, prolin) tenderer mod at ligge i proteiners indre og driver foldning via hydrofobe interaktioner.
• Membraner: Cellemembraner består af fosfolipider med hydrofobe haler, der danner en barriere mod vandige miljøer.
• Lægemidler: Hydrofobicitet kvantificeres ofte ved oktanol/vand-fordelingskoefficienten (logP/logD). For høj hydrofobicitet kan give dårlig opløselighed; for lav kan give dårlig membrandiffusion.
• Biokompatibilitet og fouling: Hydrofobe overflader kan mindske eller øge proteinadsorption afhængigt af kemi og ruhed; anvendes i antitilsmudsning og implantatdesign.

Materialer og teknologi

• Belægninger og imprægnering: Regntøj (DWR), facade- og tekstilimprægnering, nanocoatings til glas.
• Fluorpolymerer: PTFE (Teflon) og andre fluorholdige materialer har meget lav overfladeenergi og er ofte både hydro- og oleofobe.
• Elektronik: Konforme belægninger beskytter mod fugt; smartphone-skærme har ofte oleofob/hydrofob coating.
• Maling og lak: Vandafvisende malinger reducerer vandoptag og skader.
• Separationsprocesser: Membraner udnytter hydrofobicitet i filtrering, olie-vand-separation m.m.

Eksempler på brug

• ”Tekstilet er hydrofobt efter imprægnering og afviser regn.”
• ”Dette farvestof er hydrofobt og kræver et organisk opløsningsmiddel.”
• ”Proteinet stabiliseres af hydrofobe interaktioner i kernen.”
• ”Overfladen blev hydrofoberet for at mindske tilsmudsning.”
• ”Surfactantens hydrofobe hale samler sig i micellens indre.”
• ”Belægningen gør metallet superhydrofobt, så vand ruller af.”

Synonymer og antonymer

• Synonymer: vandafvisende, vandsky; (til dels) lipofil. ”Hydrofobisk” bruges også, men ”hydrofob” er den foretrukne form.
• Antonymer: hydrofil, vandelskende. Relateret: hygroskopisk (vandoptagende), men ikke nødvendigvis det direkte modsatte i alle sammenhænge.

Historisk udvikling

• Begrebet stammer fra klassisk kemi og fysisk kemi, hvor man observerede dårlig opløselighed af ikke-polære stoffer i vand.
• I 1940’erne–1950’erne beskrev Frank & Evans og senere Walter Kauzmann den hydrofobe effekt som central for proteiners stabilitet.
• Charles Tanford populariserede emnet med bogen ”The Hydrophobic Effect” (1973).
• I 1990’erne blev lotus-effekten (Barthlott & Neinhuis) et ikonisk eksempel på superhydrofobicitet i naturen og inspirerede tekniske overflader.

Fejlopfattelser og præciseringer

• Hydrofob ≠ altid lipofil: Mange hydrofobe stoffer er lipofile, men fluorinerede overflader kan være både hydro- og oleofobe.
• ”Afviser vand” betyder ikke kemisk frastødning: Hydrofobi er en termodynamisk effekt, ikke en elektrisk eller magnetisk afstødning.
• Rå ruhed gør ikke altid hydrofob: Ruhed forstærker den underliggende kemi; en hydrofil overflade bliver ikke nødvendigvis hydrofob af at være ru.

Brug i kemi og miljø

• Opløsningsmidler: Hexan, heptan og toluen er hydrofobe og blandes ikke med vand.
• Emulsioner: Hydrofobe olier kan emulgeres i vand ved hjælp af amfifile tensider.
• Forurening: Hydrofobe forurenende stoffer (fx visse PAH’er) akkumulerer i organismer; deres skæbne afhænger af hydrofobicitet (logKow).

Oversættelser

• Engelsk: hydrophobic
• Tysk: hydrophob
• Fransk: hydrophobe
• Spansk: hidrófobo
• Svensk/Norsk: hydrofob
• Italiensk: idrofobo

Se også

• Hydrofil
• Amfifil (amfipatisk)
• Tensid/surfaktant
• Overfladespænding og vådning
• Lotus-effekt
• Kontaktvinkel, Wenzel- og Cassie–Baxter-modeller
• LogP/logD, fordelingskoefficient