エントロピーと溶媒和

エントロピー S は、システム内の特定の状態を達成する確率を反映しています。孤立したシステムでは、全エントロピーの増加を引き起こすときにプロセスが自発的に発生します。

溶液形成によるエントロピーの変化は、混合エントロピー、またはΔS_混合と呼ばれ、分子間相互作用とは無関係です。

溶液形成中、溶質と溶媒は混合され、溶質は溶媒に分散します。溶質分子と直接相互作用する溶媒分子は、総称して溶媒シェルまたは溶媒ケージと呼ばれます。

溶媒シェルの形成により、溶媒は溶質よりもエネルギー的に等価な配置が少なく、溶質は溶媒からのエネルギーを犠牲にしてエントロピーを獲得します。

炭化水素が水に溶解すると、水と炭化水素の界面にある水分子が再配置され、互いに形成される水素結合の数が最大になります。一部の溶媒水は溶媒シェルの水に変換され、各炭化水素分子の周囲に溶媒ケージが形成されます。

溶媒シェル内の水は、溶媒水と比較して、より整然とした配置で、運動の自由度が減少しています。これにより、溶媒シェル内の水のエントロピーは、溶媒水のエントロピーと比較して低下します。したがって、溶解はエントロピーの減少を伴います。

あるいは、炭化水素分子が凝集すると、低エントロピー溶媒和水が放出されて高エントロピー溶媒水になり、エントロピーが増加します。

このエントロピーによる炭化水素分子と水分子の分離は、疎水性効果と呼ばれます。炭化水素の凝集は、エントロピーの関連した増加のために好まれ、その結果、炭化水素と水の層が分離されます。