疏水性

在化学中，疏水性是分子的物理特性，该分子看似被大量水排斥（称为疏水物）。 相反，亲水分子被水吸引。

疏水分子往往是非极性的，因此更喜欢其他中性分子和非极性溶剂。 因为水分子是极性的，疏水物不能很好地溶解在它们之间。 水中的疏水分子通常聚集在一起，形成胶束。 疏水表面上的水会表现出高接触角。

疏水分子的例子通常包括烷烃、油、脂肪和油腻物质。 疏水性材料用于从水中除油、溢油管理和化学分离过程以从极性化合物中去除非极性物质。

疏水性通常与亲脂性、亲脂性可互换使用。 但是，这两个术语不是同义词。 虽然疏水性物质通常是亲脂性的，但也有例外，例如硅酮和碳氟化合物。

hydrophobe 一词来自古希腊语 ὑδρόφόβος (hýdrophóbos)，对水有恐惧，由古希腊语 ὕδωρ (húdōr) ‘水’和古希腊语 φόβος (phóbos) ‘恐惧’构成。

疏水相互作用主要是一种熵效应，源于非极性溶质在非极性分子周围形成包合物状结构，破坏了液态水分子之间的高动态氢键。 由于水分子自行排列以尽可能多地与自身相互作用，因此形成的这种结构比自由水分子更有序，从而导致更高的熵状态，从而导致非极性分子聚集在一起以减少暴露的表面积 水并降低系统的熵。 因此，两个不混溶的相（亲水性与疏水性）将发生变化，因此它们相应的界面面积将最小。 这种效应可以在称为相分离的现象中体现出来。

超疏水表面，例如莲花的叶子，是极难润湿的表面。 水滴的接触角超过150°。 这被称为莲花效应，主要是与界面张力相关的物理特性，而不是化学特性。

1805 年，Thomas Young 通过分析作用在静止在被气体包围的固体表面上的液滴上的力来定义接触角 θ。

可以使用接触角测角仪测量 θ。

Wenzel 确定当液体与微结构表面紧密接触时，θ 将变为 θW*

cos ⁡ θ W ∗ = r cos ⁡ θ {\displaystyle \cos \theta _{W}*=r\cos \theta \,}

其中 r 是实际面积与投影面积之比。 Wenzel 方程表明，表面的微观结构放大了表面的自然趋势。 疏水表面（原始接触角大于 90° 的表面）在微结构化时变得更加疏水——其新的接触角变得比原来的更大。 然而，亲水表面（原始接触角小于 90° 的表面）在微结构化后变得更加亲水——它的新接触角变得小于原来的接触角。Cassie 和 Baxter 发现，如果液体悬浮在微结构的顶部。

其中 φ 是接触液体的固体的面积分数。 Cassie-Baxter 态的液体比 Wenzel 态的流动性更强。

我们可以通过用两个方程计算新的接触角来预测 Wenzel 或 Cassie-Baxter 状态是否应该存在。 通过最小化自由能参数，预测较小的新接触角的关系是最有可能存在的状态。 用数学术语来说，要存在 Cassie–Baxter 状态，以下不等式必须为真。

cos ⁡ θ < φ − 1 r − φ {\displaystyle \cos \theta <{\frac {\varphi -1}{r-\varphi }}}

Cassie-Baxter 状态的最新替代标准断言，当满足以下 2 个标准时，Cassie-Baxter 状态存在：1) 接触线力克服无支撑液滴重量的体积力，以及 2) 微结构足够高以防止液体 从接触微结构的底部桥接微结构。