Il termine idrofilo indica la proprietà dei materiali di avere una speciale affinità per l’acqua.
Sebbene un materiale idrofilo sia spesso caratterizzato dalla sua affinità per l’acqua, esso può essere generalmente descritto dalle sue interazioni con sostanze polari e non polari.
I materiali idrofili hanno interazioni termodinamicamente più favorevoli con l’acqua e altri solventi polari, come l’etanolo, rispetto al petrolio e ai solventi non polari, come il cicloesano.
Le strutture molecolari che consentono la formazione di legami a idrogeno contribuiscono in modo primario alla solubilità dei materiali idrofili nei solventi polari e nell’acqua.
Il termine idrofilo è usato frequentemente per descrivere una superficie che è idrofila se tende ad assorbire acqua o ad essere bagnata dall’acqua.
Una superficie si dice bagnata se un liquido si diffonde uniformemente su di essa senza la formazione di goccioline.
Quando il liquido è acqua e si diffonde sulla superficie senza la formazione di goccioline, la superficie è detta idrofila.
Idrofilo e bagnabilità
Un metodo semplice e quantitativo per definire il grado relativo di interazione di un liquido con una superficie solida è l’angolo di contatto di una gocciolina su un substrato solido. Si ha una completa bagnabilità quando l’angolo di contatto si approssima a 0°. Se l’angolo di contatto è inferiore a 30°, la superficie è detta idrofila.
L’angolo di contatto noto anche come angolo di bagnabilità si forma quando una goccia di liquido è posizionata su una superficie del materiale. La tensione superficiale del liquido e l’attrazione del liquido verso la superficie fanno sì che la goccia formi una semisfera.
Il concetto di bagnabilità e angolo di contatto può essere fatto risalire all’equazione di Young proposta nel 1805 dovuta allo scienziato britannico Thomas Young.
L’equazione fu stabilita assumendo che esista una superficie solida ideale con proprietà lisce, inerti, indeformabili e omogenee, e la gocciolina liquida è identificata come un’entità coerente. Quando la goccia di liquido è posta su una superficie, il sistema tende a raggiungere uno stato di equilibrio con energia minima.
Aspetto chimico
Il genere una molecola polare è anche idrofila sebbene possano esserci molecole dette anfipatiche che presentano sia una parte idrofila che idrofoba. Esempi di molecole anfipatiche sono fosfolipidi, colesterolo, glicolipidi, acidi grassi e acidi biliari.
Esempi di liquidi idrofili oltre all’acqua e all’ammoniaca anche alcoli e ammidi. Tuttavia questi composti organici devono avere un basso numero di atomi di carbonio come metanolo, etanolo, 1-propanolo e 2-propanolo nel caso degli alcoli.
Alcoli con elevato numero di atomi di carbonio, infatti, pur presentando il gruppo -OH sono detti alcoli grassi in quanto presentano una parte idrofoba che li rende poco solubili in acqua.
I gruppi funzionali idrofili presenti nelle molecole organiche includono il gruppi carbonilico, carbossilico, amminico, tiolico e fosfato
Usi
L’idrofilia è utilizzata in molte applicazioni. I rivestimenti antiappannamento sfruttano le energie superficiali elevate per appiattire le gocce d’acqua invece di consentire loro di formare goccioline che diffondono la luce. I rivestimenti idrofili con siti di legame a idrogeno consentono la formazione di strati d’acqua strettamente aderenti con proprietà lubrificanti nei sistemi biologici.
Quelli idrofili con siti ionici formano rivestimenti antistatici. Le superfici antivegetative sono importanti nell’ingegneria navale in quanto possono prevenire l’accumulo di microrganismi sul fondo di una nave. Un sottile strato d’acqua forma una barriera che impedisce o ritarda l’adesione dei microrganismi.