Unterschied zwischen hydrophoben und hydrophilen Molekülen

Hauptunterschied - Hydrophobe vs Hydrophile Moleküle

Wasser ist ein bekanntes Lösungsmittel für die Auflösung der meisten bekannten Verbindungen. Aber alle Verbindungen in der Natur vermischen sich nicht mit Wasser. Die Substanzen, die sich mit Wasser mischen können, werden als hydrophile Substanzen bezeichnet. Die Substanzen, die sich nicht mit Wasser mischen können, sind bekannte hydrophobe Substanzen. Dies geschieht hauptsächlich aufgrund der Polarität der Wassermoleküle. Unpolare Verbindungen können sich nicht in einem polaren Lösungsmittel lösen. Hier sollten wir die Tatsache berücksichtigen, dass sich „wie auflöst“. Polare Verbindungen können sich in polaren Lösungsmitteln lösen. Unpolare Verbindungen lösen sich in unpolaren Lösungsmitteln. Daher sollten hydrophile Substanzen polar sein, um sich in Wasser aufzulösen. Der Hauptunterschied zwischen hydrophoben und hydrophilen Molekülen ist der hydrophobe Moleküle sind unpolar, während hydrophile Moleküle polar sind.

Wichtige Bereiche

1. Was sind hydrophobe Moleküle?
      - Definition, Eigenschaften und Beispiele
2. Was sind hydrophile Moleküle?
      - Definition, Eigenschaften und Beispiele
3. Was ist der Unterschied zwischen hydrophoben und hydrophilen Molekülen?
      - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Hydrophile, Hydrophile, Hydrophobe, Hydrophobe, Unpolar, Polar, Wasser

Was sind hydrophobe Moleküle?

Hydrophobe Moleküle sind Moleküle, die sich nicht in Wasser lösen. Daher stoßen diese Moleküle Wassermoleküle ab. Diese hydrophoben Moleküle werden genannt Hydrophoben. Die Hydrophobizität beschreibt, wie viel hydrophob ein Molekül ist.

Hydrophobe Moleküle sind aufgrund ihrer Unpolarität hydrophob; Mit anderen Worten sind hydrophobe Moleküle unpolar. Daher bestehen hydrophobe Moleküle häufig aus langkettigen Kohlenwasserstoffgruppen, die ein Molekül unpolar machen können.

Abbildung 1: Hydrophob

Wenn hydrophobe Moleküle zu Wasser hinzugefügt werden, neigen diese Moleküle zur Bildung von Mizellen, die wie Klumpen aussehen, um einen minimalen Kontakt mit Wasser zu haben. Das Wassermolekül ordnet sich jedoch um diese Klumpen an und bildet einen Käfig. Wenn sich dieser Klumpen bildet, werden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen abgebaut, wodurch Platz für den Klumpen geschaffen wird. Dies ist eine endotherme Reaktion, da chemische Bindungen abgebaut werden. Darüber hinaus bewirkt die Bildung von Klumpen, dass die Entropie des Systems abnimmt.

Entsprechend den thermodynamischen Beziehungen,

ΔG = ΔH - TΔS

Dabei ist ΔG die freie Gibbs-Energie

             ΔH ist die Änderung der Enthalpie

              T ist die Temperatur

             ΔS ist die Änderung der Entropie.

Wenn hydrophobe Moleküle zu Wasser hinzugefügt werden, nimmt ΔS ab. Daher wird der Wert von TΔS verringert. Da es sich um eine endotherme Reaktion handelt, ist ΔH ein positiver Wert. Daher sollte der Wert von ΔG ein großer positiver Wert sein. Ein positiver ΔG-Wert zeigt an, dass die Reaktion nicht spontan ist. Daher ist das Auflösen hydrophober Moleküle in Wasser nicht spontan.

Wechselwirkungen, die zwischen hydrophoben Molekülen auftreten, sind Van-der-Waal-Wechselwirkungen, da es sich um unpolare Moleküle handelt. Diese Wechselwirkungen erhalten einen bestimmten Namen: hydrophobe Wechselwirkungen. Die im Wasser vorhandenen Klumpen neigen dazu, miteinander in Wechselwirkung zu treten und sich zu vermischen, um den Kontakt mit Wasser weiter zu minimieren. Die Enthalpieänderung für diese Reaktion ist ein positiver Wert, da die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen, die die Klumpen umgeben, abgebaut werden. Die Entropie des Systems wird erhöht, da die Käfige, in denen sich die Klumpen befanden, zerlegt werden, um Hydrophoben freizusetzen. Wenn der Gesamtprozess betrachtet wird, erhält der ΔG-Wert einen negativen Wert. Daher ist die Bildung der hydrophoben Bindungen spontan.

Was sind hydrophile Moleküle?

Hydrophile Moleküle sind Moleküle, die sich in Wasser lösen können. Das heißt, die hydrophilen Moleküle ziehen Wassermoleküle an. Der hydrophile Charakter eines Moleküls kann als seine Hydrophilie beschrieben werden. Hydrophile Moleküle sind polare Moleküle. Wassermoleküle sind polare Moleküle, wodurch sich polare Moleküle im Wasser lösen können. Diese hydrophilen Moleküle werden genannt hydrophile. 

Abbildung 1: Bildung von Mizellen. Hier ist der hydrophile Teil nach außen gerichtet, weil der hydrophile Teil Wasser anzieht.

Hydrophile Moleküle können chemische Verbindungen mit Wassermolekülen eingehen. Wenn diese hydrophilen Moleküle aus O-H, N-H-ähnlichen Bindungen bestehen, können sie mit Wassermolekülen Wasserstoffbrückenbindungen eingehen und sich dann mit Wasser mischen. Entsprechend den thermodynamischen Beziehungen,

 ΔG = ΔH - TΔS

Die Entropie des Systems wird durch das Mischen hydrophiler Moleküle mit Wasser erhöht, und dann ist die Änderung der Entropie ΔS ein positiver Wert. Da neue Bindungen zwischen Hydrophilen und Wassermolekülen entstehen, ist diese Mischung exotherm. Dann ist die Enthalpieänderung ein negativer Wert. Daher ist die freie Gibbs-Energie ein negativer Wert, der darauf hinweist, dass das Mischen spontan ist.

Die Hydrophilie der Hydrophilen bestimmt, wie gut diese Moleküle in Wasser aufgelöst werden. Die Polarität von Molekülen entsteht aufgrund der Unterschiede zwischen den Elektronegativitätswerten der Atome in chemischen Bindungen. Je höher der Unterschied, desto höher die Polarität. dann ist die Hydrophilie höher.

Unterschied zwischen hydrophoben und hydrophilen Molekülen

Definition

Hydrophob Moleküle: Hydrophobe Moleküle sind Moleküle, die sich nicht in Wasser lösen.

Hydrophile Moleküle: Hydrophile Moleküle sind Moleküle, die sich in Wasser lösen können.                                  

Andere Namen

Hydrophob Moleküle: Hydrophobe Moleküle werden Hydrophoben genannt.

Hydrophile Moleküle: Hydrophile Moleküle werden als Hydrophile bezeichnet.

Wechselwirkung mit Wasser

Hydrophob Moleküle: Hydrophobe Moleküle stoßen Wassermoleküle ab.

Hydrophile Moleküle: Hydrophile Moleküle ziehen Wassermoleküle an.

Polarität

Hydrophob Moleküle: Hydrophobe Moleküle sind unpolar.

Hydrophile Moleküle: Hydrophile Moleküle sind polar.

Gibbs freie Energie

Hydrophob Moleküle: Wenn hydrophobe Moleküle zu Wasser hinzugefügt werden, erhält die Gibbs-freie Energie einen positiven Wert.

Hydrophile Moleküle: Wenn dem Wasser hydrophile Moleküle zugesetzt werden, erhält die Gibbs-freie Energie einen negativen Wert.

Änderung der Entropie

Hydrophob Moleküle: Wenn hydrophobe Moleküle Wasser zugesetzt werden, nimmt die Entropie ab.

Hydrophile Moleküle: Wenn dem Wasser hydrophile Moleküle zugesetzt werden, steigt die Entropie.

Art der Reaktion

Hydrophob Moleküle: Das Auflösen hydrophober Moleküle in Wasser ist eine endotherme Reaktion.

Hydrophile Moleküle: Das Lösen hydrophiler Moleküle in Wasser ist eine exotherme Reaktion.

Fazit

Moleküle können als hydrophobe Moleküle oder hydrophile Moleküle entsprechend der Reaktion, die diese Moleküle auf Wassermoleküle zeigen, kategorisiert werden. Hydrophobe Moleküle stoßen Wassermoleküle ab. Hydrophile Moleküle ziehen Wassermoleküle an. Der Hauptunterschied zwischen hydrophoben und hydrophilen Molekülen besteht jedoch darin, dass hydrophobe Moleküle unpolar sind, während hydrophile Moleküle polar sind.

Verweise:

1. "Hydrophile: Definition & Interaktion". Study.com, hier erhältlich. Abgerufen am 20. September 2017.
2. „Hydrophobe Wechselwirkungen“. Chemie LibreTexts, Libretexts, 14. Mai 2017, hier verfügbar. Abgerufen am 20. September 2017.

Bildhöflichkeit:

1. “Dew 2" Von Michael Apel - Foto von Michael Apel (CC BY 2.5) über Commons Wikimedia
2. “Micelle Schema-de” von SuperManu - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia