Efecto hidrófobo

El origen del efecto hidrófobo no se entiende completamente.Algunos argumentan que la interacción hidrofóbica es principalmente un efecto entrópico originado por la interrupción de enlaces de hidrógeno altamente dinámicos entre moléculas de agua líquida por el soluto no polar. Una cadena de hidrocarburos o una región no polar similar de una molécula grande es incapaz de formar enlaces de hidrógeno con el agua., La introducción de tal superficie de enlace no hidrógeno en el agua causa la interrupción de la red de enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno se reorientan tangencialmente a dicha superficie para minimizar la interrupción de la Red 3D de moléculas de agua unidas por hidrógeno, y esto conduce a una «jaula» de agua estructurada alrededor de la superficie no polar. Las moléculas de agua que forman la» jaula » (o clatrato) tienen movilidad restringida. En la capa de solvatación de Pequeñas partículas no polares, la restricción asciende a un 10%., Por ejemplo, en el caso del xenón disuelto a temperatura ambiente se ha encontrado una restricción de movilidad del 30%. En el caso de moléculas no polares más grandes, el movimiento reorientacional y traslacional de las moléculas de agua en la envoltura de solvatación puede ser restringido por un factor de dos a cuatro; por lo tanto, a 25 °C el tiempo de correlación reorientacional del agua aumenta de 2 a 4-8 picosegundos. En general, esto conduce a pérdidas significativas en la entropía traslacional y rotacional de las moléculas de agua y hace que el proceso sea desfavorable en términos de energía libre en el sistema., Al agregarse, las moléculas no polares reducen el área superficial expuesta al agua y minimizan su efecto disruptivo.

el efecto hidrofóbico se puede cuantificar midiendo los coeficientes de partición de moléculas no polares entre el agua y los disolventes no polares. Los coeficientes de partición se pueden transformar en energía libre de transferencia que incluye componentes entálpicos y entrópicos, ΔG = ΔH – TΔS. Estos componentes son determinados experimentalmente por calorimetría., Se encontró que el efecto hidrofóbico era impulsado por la entropía a temperatura ambiente debido a la movilidad reducida de las moléculas de agua en la cubierta de solvatación del soluto no polar; sin embargo, el componente entálpico de la energía de transferencia se encontró favorable, lo que significa que fortaleció los enlaces de hidrógeno agua-agua en la cubierta de solvatación debido a la movilidad reducida de las moléculas de agua. A una temperatura más alta, cuando las moléculas de agua se vuelven más móviles, esta ganancia de energía disminuye junto con el componente entrópico., El efecto hidrofóbico depende de la temperatura, lo que conduce a la «desnaturalización en frío» de las proteínas.

el efecto hidrofóbico se puede calcular comparando la energía libre de solvatación con el agua a granel. De esta manera, el efecto hidrofóbico no solo puede ser localizado sino también descompuesto en contribuciones entálpicas y entrópicas.