Hydrofobisten vuorovaikutusten termodynamiikka

Kun hydrofobista ainetta pudotetaan vesipitoiseen väliaineeseen, vesimolekyylien väliset vetysidokset rikkoutuvat, jotta hydrofobiselle aineelle saadaan tilaa; vesimolekyylit eivät kuitenkaan reagoi hydrofobisten aineiden kanssa. Tätä pidetään endotermisenä reaktiona, koska sidosten rikkoutuessa systeemiin tulee lämpöä. Vesimolekyylit, joita hydrofobin läsnäolo vääristää, muodostavat uusia vetysidoksia ja muodostavat hydrofobin ympärille jään kaltaisen häkkirakenteen, jota kutsutaan klatraattihäkiksi. Tämä suuntautuminen tekee systeemistä (hydrofobista) rakenteellisemman, jolloin systeemin kokonaisentropia pienenee; siksi \( \Delta S < 0\).

Systeemin entalpian muutos (\( \Delta H \)) voi olla negatiivinen, nolla tai positiivinen, koska uudet vetysidokset voivat kompensoida hydrofobisen sisäänpääsyn rikkomat vetysidokset osittain, täydellisesti tai yli. Entalpian muutos on kuitenkin merkityksetön määritettäessä reaktion spontaaniutta (hydrofobisten molekyylien ja veden sekoittuminen), koska entropian muutos (\( \Delta S \)) on suuri.

Gibbsin energian kaavan

\

mukaan \(\Delta H\) pienellä tuntemattomalla arvolla \(\Delta H\) ja suurella negatiivisella arvolla \(\(\Delta {S} \)) \(\(\Delta {S} \)) \(\(\(\Delta G\) \) osoittautuu positiiviseksi. Positiivinen \(\Delta G\) osoittaa, että hydrofobin ja vesimolekyylien sekoittuminen ei ole spontaania.