查看“︁疏水性”︁的源代码

{{NoteTA
|G1=Chemistry
|T=zh-hans:憎水性;zh-hk:憎水性;zh-tw:疏水性;
|1=zh-hans:体积分数;zh-hk:體積百分濃度;zh-tw:體積百分濃度;
|2=zh-hans:百万分率;zh-hk:百萬分率;zh-tw:百萬分點濃度;
|3=zh-hans:十亿分率;zh-hk:十億分率;zh-tw:十億分點濃度;
|4=zh-hans:憎水性;zh-hk:憎水性;zh-tw:疏水性;
}}
[[Image:Dew 2.jpg|thumb|[[露]]珠在疏水性的叶面]]
[[Image:Drops_I.jpg|thumb|水珠在疏水性的草表面]]
在[[化學]]中，'''疏水性'''（或'''斥水性'''、'''拒水性'''）指的是一個[[分子]]与[[水]]互相排斥的物理性質。<ref>{{Cite book|title=Hydrophobic interactions|url=https://www.worldcat.org/oclc/4638934|publisher=Plenum Press|date=1980|location=New York|isbn=0-306-40222-X|oclc=4638934|last=Ben-Naim, Arieh, 1934-}}</ref>这种分子称为'''疏水物'''。

疏水性分子偏向於[[非極性]]，並因此較會[[溶解]]在中性和非極性[[溶液]]（如[[有机溶剂]]）。疏水性分子在水裡通常會聚成一團，而水在疏水性溶液的表面時則會形成一個很大的[[接觸角]]而成水滴状。

舉例來說，疏水性分子包含有[[烷烴]]、[[油]]、[[脂肪]]和多數含有油脂的物質。

疏水性通常也可以稱為[[親脂性]]，但這兩個詞並不全然是同義的。即使大多數的疏水物通常也是親脂性的，但還是有例外，如[[矽橡膠]]和[[碳氟化合物]]（Fluorocarbon）。

==性質理論==
根據[[熱力學]]的理論，物質會尋求存在於最低能量的狀態，而关键便是個可以減少化學能的辦法。水是極性物質，並因此可以在內部形成[[氫鍵]]，這使得它有許多獨別的性質。但是，因為疏水物不是电子极化性的，它們無法形成氫鍵，所以水會对疏水物产生排斥，而使水本身可以互相形成氫鍵。這即是导致'''疏水作用'''（這名稱並不正確，因為能量作用是来自[[親水性]]的分子<ref>{{en}}Goss, K. U. and R. P. Schwarzenbach (2003): "Rules of Thumb for Assessing Equilibrium Partitioning of Organic Compounds: Successes and Pitfalls." JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION 80(4): 450-455. [http://jchemed.chem.wisc.edu/Journal/Issues/2003/Apr/abs450.html Link to abstract] {{Wayback|url=http://jchemed.chem.wisc.edu/Journal/Issues/2003/Apr/abs450.html|date=20080905225928}}</ref>）的[[疏水效应]]，因此兩個不相溶的相態（親水性對疏水性）將會變化成使其界面的面積最小時的狀態。此一效應可以在[[相态|相分離]]的現象中被观察到。

==超疏水性==
超疏水性物質，如荷叶，具有極難被水沾溼的表面，水在其表面的[[接觸角]]超過150°，滑动角小于20°。

===理论===
[[Image:Contact_angle.svg|thumb|right|400px|气体环绕的固体表面的液滴。接触角θ<sub>C</sub>，是由液体在三相（液体、固体、气体）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表面的液滴的力而确定了接触角θ。<ref>{{Cite journal|title=III. An essay on the cohesion of fluids|url=https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1805.0005|date=1805-12-31|journal=Philosophical Transactions of the Royal Society of London|doi=10.1098/rstl.1805.0005|volume=95|pages=65–87|language=en|issn=0261-0523|access-date=2020-10-04|archive-date=2021-02-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20210206043020/https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstl.1805.0005|dead-url=no}}</ref>
[[File:Contact angle microstates.svg|thumb|right|400px|气体环绕的固体表面的液滴，形成接触角θ。如果液体与固体表面微结构的凹凸面直接接触，则此液滴处于Wenzel状态；而如果液体只是与微结构的凸面接触，则此液滴处于Cassie-Baxter状态。]]

::<math>\gamma_{SG}\ =\gamma_{SL}+\gamma_{LG}\cos{\theta}</math>    
:其中
::<math>\gamma_{SG}\ </math> = 固体和气体之间的[[表面张力]]
::<math>\gamma_{SL}\ </math> = 固体和液体之间的表面张力
::<math>\gamma_{LG}\ </math> = 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确定了当液体直接接触微结构化的表面时，θ角会转变为<math>\theta_W*</math>

::<math>\cos{\theta}_W* = r \cos{\theta}</math> 

其中，r为实际面积与投影面积的比率。<ref>{{Cite journal|title=RESISTANCE OF SOLID SURFACES TO WETTING BY WATER|url=http://dx.doi.org/10.1021/ie50320a024|last=Wenzel|first=Robert N.|date=1936-08|journal=Industrial & Engineering Chemistry|issue=8|doi=10.1021/ie50320a024|volume=28|pages=988–994|issn=0019-7866}}</ref>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。<ref>{{Cite book|title=Capillarity: Deformable Interfaces|url=http://dx.doi.org/10.1007/978-0-387-21656-0_1|publisher=Springer New York|date=2004|location=New York, NY|isbn=978-1-4419-1833-8|pages=1–31|first=Pierre-Gilles|last=de Gennes|first2=Françoise|last2=Brochard-Wyart|first3=David|last3=Quéré}}</ref>

Cassie和Baxter发现如果液体悬浮在微结构表面，θ角将会变为<math>\theta_{CB}*</math>

::<math>\cos{\theta}_{CB}*</math>  = φ(cos θ + 1) – 1                              

其中，φ为固体与液体接触面积的比例。<ref>{{Cite journal|title=Wettability of porous surfaces|url=http://dx.doi.org/10.1039/tf9444000546|last=Cassie|first=A. B. D.|last2=Baxter|first2=S.|date=1944|journal=Transactions of the Faraday Society|doi=10.1039/tf9444000546|volume=40|pages=546|issn=0014-7672}}</ref>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可能存在。从数学上来说，要使Cassie-Baxter状态存在，以下的[[不等式]]必须成立。<ref>{{Cite journal|title=Non-sticking drops|url=http://dx.doi.org/10.1088/0034-4885/68/11/r01|last=Quéré|first=David|date=2005-09-07|journal=Reports on Progress in Physics|issue=11|doi=10.1088/0034-4885/68/11/r01|volume=68|pages=2495–2532|issn=0034-4885}}</ref>

::cos θ < (φ-1)/(r - φ) 

最近提出的一个判断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）。<ref>{{Cite journal|title=Criteria for Ultralyophobic Surfaces|url=http://dx.doi.org/10.1021/la036481s|last=Extrand|first=C. W.|date=2004-06|journal=Langmuir|issue=12|doi=10.1021/la036481s|volume=20|pages=5013–5018|issn=0743-7463}}</ref>

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。<ref>{{Cite book|chapter=Contact Angle Hysteresis: I. Study of an Idealized Rough Surface|doi=10.1021/ba-1964-0043.ch007|editor-first=Frederick M.|last2=Dettre|first2=Robert H.|last=Johnson|first=Rulon E.|language=en|volume=43|title=Contact Angle, Wettability, and Adhesion|pages=112–135|isbn=978-0-8412-0044-9|location=WASHINGTON, D.C.|date=1964-01|publisher=AMERICAN CHEMICAL SOCIETY|url=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ba-1964-0043.ch007|editor-last=Fowkes|access-date=2020-10-04|archive-date=2021-02-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20210206043049/https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ba-1964-0043.ch007|dead-url=no}}</ref>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从液滴中吸出来测量。随着液体被吸出，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，倾斜表面直到液滴开始滑动，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Wenzel状态更小的滑动角和接触角滞后。

===研究和应用===
[[File:Nanofilaments-waterdroplet.jpg|thumb|纳米纤维表面的水珠]]
許多在自然界中找到的超疏水性物質都遵循{{le|Cassie定律|Cassie's law}}，而它在次[[微米]]尺度下可以和空氣組成[[雙相]]物質。[[蓮葉效應]]便是基於此一原理而形成的。[[仿生學]]上，超疏水性物質的例子有利用[[奈米科技]]制作的nanopin膜（nanopin film）。

==相關條目==
* [[親水性]]
* [[兩親分子]]
* [[浸润]]

==參考==
{{reflist}}

==外部連結==
*[https://web.archive.org/web/20060925072658/http://www.bmm.icnet.uk/~offman01/hydro.html Webtool to calculate and plot the hydrophobicity of proteins.]
*[http://www.youtube.com/watch?v=5SEKlt_eA3A Hydrophobic Sand] {{Wayback|url=http://www.youtube.com/watch?v=5SEKlt_eA3A|date=20061117002038}}
{{溶液}}

[[Category:化学性质]]
[[Category:分子间作用力]]
[[Category:潜水物理学]]