Entropie et solvatation

L’entropie, S, reflète la probabilité d’atteindre un état donné dans un système. Dans un système isolé, un processus se produit spontanément lorsqu’il provoque une augmentation de l’entropie totale.

Le changement d’entropie résultant de la formation d’une solution appelé entropie de mélange, ou _mélange ΔS, est indépendant de toute interaction intermoléculaire.

Lors de la formation de la solution, le soluté et le solvant sont mélangés, et le soluté se disperse dans le solvant. Les molécules de solvant qui interagissent directement avec les molécules de soluté sont collectivement appelées coquille de solvant ou cage de solvant.

En raison de la formation de couches de solvant, le solvant a moins de configurations énergétiquement équivalentes que le soluté, et le soluté gagne en entropie au détriment de l’énergie du solvant.

Lorsqu’un hydrocarbure est dissous dans l’eau, les molécules d’eau à l’interface eau-hydrocarbure se réorganisent pour maximiser le nombre de liaisons hydrogène qu’elles établissent les unes avec les autres. Une partie de l’eau de solvant est transformée dans l’eau des coquilles de solvant, ce qui donne une cage de solvant autour de chaque molécule d’hydrocarbure.

L’eau dans l’enveloppe du solvant a une disposition plus ordonnée et une liberté de mouvement réduite par rapport à l’eau de solvant. Cela réduit l’entropie de l’eau dans l’enveloppe du solvant par rapport à celle de l’eau du solvant. Ainsi, la dissolution s’accompagne d’une réduction de l’entropie.

Alternativement, si les molécules d’hydrocarbures s’agglutinent, l’eau de solvatation à faible entropie est libérée pour devenir de l’eau solvant à plus haute entropie, augmentant ainsi l’entropie.

Cette séparation des molécules d’hydrocarbures et d’eau induite par l’entropie est appelée effet hydrophobe. L’agglomération des hydrocarbures est favorisée en raison de l’augmentation associée de l’entropie, ce qui entraîne des couches d’hydrocarbures et d’eau séparées.