Thermodynamics of Hydrophobic Interactions

Ha egy hidrofób anyagot vizes közegbe dobunk, a vízmolekulák közötti hidrogénkötések megszakadnak, hogy helyet csináljanak a hidrofób anyagnak; a vízmolekulák azonban nem reagálnak a hidrofób anyaggal. Ez endoterm reakciónak tekinthető, mivel a kötések felszakadásakor hő kerül a rendszerbe. A hidrofób jelenléte miatt eltorzult vízmolekulák új hidrogénkötéseket hoznak létre, és a hidrofób körül jégszerű ketrecszerkezetet, úgynevezett klathrátketrecet alkotnak. Ez az orientáció a rendszert (hidrofób) strukturáltabbá teszi, ami a rendszer teljes entrópiájának csökkenésével jár; ezért \( \Delta S < 0\).

A rendszer entalpiájának változása (\( \Delta H \)) lehet negatív, nulla vagy pozitív, mert az új hidrogénkötések részben, teljesen vagy túlkompenzálhatják a hidrofób belépése által felszakadt hidrogénkötéseket. Az entalpia változása azonban jelentéktelen a reakció spontaneitásának (hidrofób molekulák és víz keveredése) meghatározásában, mivel az entrópia változása (\( \( \Delta S \)) nagy.

A Gibbs-energia képlet

\

szerint \(\Delta H\) kis ismeretlen értéke és \(\Delta{S} \) nagy negatív értéke esetén az \(\Delta G\) értéke pozitívnak fog bizonyulni. Egy pozitív \(\Delta G\) azt jelzi, hogy a hidrofób és a vízmolekulák keveredése nem spontán.