Termodynamika oddziaływań hydrofobowych

Gdy hydrofob jest upuszczony w środowisku wodnym, wiązania wodorowe między cząsteczkami wody zostaną przerwane, aby zrobić miejsce dla hydrofobu; jednak cząsteczki wody nie reagują z hydrofobem. Jest to reakcja endotermiczna, ponieważ podczas zrywania wiązań do układu dostaje się ciepło. Cząsteczki wody, które zostały zniekształcone przez obecność hydrofobu, utworzą nowe wiązania wodorowe i uformują wokół hydrofobu podobną do lodu strukturę klatkową zwaną klatką klatratową. Taka orientacja sprawia, że układ (hydrofob) staje się bardziej uporządkowany, co powoduje spadek całkowitej entropii układu; dlatego też \( \Delta S < 0\).

Zmiana entalpii (\( \Delta H \)) układu może być ujemna, zerowa lub dodatnia, ponieważ nowe wiązania wodorowe mogą częściowo, całkowicie lub z nadwyżką kompensować wiązania wodorowe zerwane przez wejście hydrofoba. Zmiana entalpii jest jednak nieistotna przy określaniu spontaniczności reakcji (mieszania się cząsteczek hydrofobowych z wodą), ponieważ zmiana entropii (∗ delta S ∗) jest duża.

Zgodnie ze wzorem na energię Gibbsa

przy małej nieznanej wartości \(\Delta H\) i dużej ujemnej wartości \(\Delta{S} \), wartość \(\Delta G\) okaże się dodatnia. Dodatnia wartość \(\Delta G\) wskazuje, że mieszanie się cząsteczek hydrofobu i wody nie jest spontaniczne.