Thermodynamique des interactions hydrophobes

Lorsqu’un hydrophobe est lâché dans un milieu aqueux, les liaisons hydrogène entre les molécules d’eau seront brisées pour faire de la place à l’hydrophobe ; cependant, les molécules d’eau ne réagissent pas avec l’hydrophobe. On considère qu’il s’agit d’une réaction endothermique, car lorsque les liaisons sont rompues, le système reçoit de la chaleur. Les molécules d’eau qui sont déformées par la présence de l’hydrophobe vont établir de nouvelles liaisons hydrogène et former une structure en cage semblable à de la glace, appelée cage de clathrate, autour de l’hydrophobe. Cette orientation rend le système (hydrophobe) plus structuré avec une diminution de l’entropie totale du système ; donc \( \Delta S < 0\).

Le changement d’enthalpie (\( \Delta H \)) du système peut être négatif, nul ou positif car les nouvelles liaisons hydrogène peuvent compenser partiellement, complètement ou de manière excessive les liaisons hydrogène rompues par l’entrée de l’hydrophobe. La variation de l’enthalpie, cependant, est insignifiante pour déterminer la spontanéité de la réaction (mélange de molécules hydrophobes et d’eau) parce que la variation de l’entropie (\( \Delta S \)) est grande.

Selon la formule de l’énergie de Gibbs

avec une petite valeur inconnue de \(\Delta H\) et une grande valeur négative de \(\Delta{S} \), la valeur de \(\Delta G\) se révélera positive. Un \(\Delta G\) positif indique que le mélange des molécules d’hydrophobe et d’eau n’est pas spontané.