Effetto idrofobo

L’origine dell’effetto idrofobo non è completamente compresa.Alcuni sostengono che l’interazione idrofobica è per lo più un effetto entropico originato dalla rottura di legami idrogeno altamente dinamici tra molecole di acqua liquida da parte del soluto non polare. Una catena idrocarburica o una regione non polare simile di una grande molecola non è in grado di formare legami idrogeno con l’acqua., L’introduzione di una tale superficie di legame non idrogeno nell’acqua provoca l’interruzione della rete di legame idrogeno tra le molecole d’acqua. I legami idrogeno sono riorientati tangenzialmente a tale superficie per ridurre al minimo la rottura della rete 3D di molecole d’acqua legata all’idrogeno, e questo porta a una “gabbia” d’acqua strutturata attorno alla superficie non polare. Le molecole d’acqua che formano la “gabbia” (o clatrato) hanno mobilità limitata. Nel guscio di solvatazione di piccole particelle non polari, la restrizione ammonta a circa il 10%., Ad esempio, nel caso di xeno disciolto a temperatura ambiente è stata trovata una limitazione della mobilità del 30%. Nel caso di molecole non polari più grandi, il movimento di riorientamento e traslazione delle molecole d’acqua nel guscio di solvatazione può essere limitato da un fattore da due a quattro; quindi, a 25 °C il tempo di correlazione di riorientamento dell’acqua aumenta da 2 a 4-8 picosecondi. Generalmente, ciò porta a perdite significative nell’entropia traslazionale e rotazionale delle molecole d’acqua e rende il processo sfavorevole in termini di energia libera nel sistema., Aggregando insieme, le molecole non polari riducono la superficie esposta all’acqua e minimizzano il loro effetto dirompente.

L’effetto idrofobo può essere quantificato misurando i coefficienti di partizione delle molecole non polari tra acqua e solventi non polari. I coefficienti di partizione possono essere trasformati in energia libera di trasferimento che include componenti entalpici ed entropici, ΔG = ΔH-TΔS. Questi componenti sono determinati sperimentalmente dalla calorimetria., L’effetto idrofobo è risultato essere guidato dall’entropia a temperatura ambiente a causa della ridotta mobilità delle molecole d’acqua nel guscio di solvatazione del soluto non polare; tuttavia, la componente entalpica dell’energia di trasferimento è risultata favorevole, il che significa che ha rafforzato i legami idrogeno acqua-acqua nel guscio di solvatazione a causa della ridotta mobilità delle molecole d’acqua. Alla temperatura più alta, quando le molecole d’acqua diventano più mobili, questo guadagno di energia diminuisce insieme alla componente entropica., L’effetto idrofobo dipende dalla temperatura, che porta alla “denaturazione a freddo” delle proteine.

L’effetto idrofobo può essere calcolato confrontando l’energia libera di solvatazione con l’acqua sfusa. In questo modo, l’effetto idrofobo non solo può essere localizzato ma anche scomposto in contributi entalpici ed entropici.