Entropia e solvatação

A entropia, S, reflete a probabilidade de atingir um determinado estado em um sistema. Em um sistema isolado, um processo ocorre espontaneamente quando causa um aumento na entropia total.

A mudança na entropia resultante da formação da solução chamada entropia de mistura, ou _mistura ΔS, é independente de quaisquer interações intermoleculares.

Durante a formação da solução, o soluto e o solvente são misturados e o soluto se dispersa no solvente. As moléculas de solvente que interagem diretamente com as moléculas de soluto são chamadas coletivamente de invólucro de solvente ou gaiola de solvente.

Devido à formação de cascas de solvente, o solvente tem menos configurações energeticamente equivalentes do que o soluto, e o soluto ganha entropia às custas da energia do solvente.

Quando um hidrocarboneto é dissolvido em água, as moléculas de água na interface água-hidrocarboneto se reorganizam para maximizar o número de ligações de hidrogênio que fazem umas com as outras. Alguma água solvente é transformada na água das cascas de solvente, resultando em uma gaiola de solvente ao redor de cada molécula de hidrocarboneto.

A água no invólucro do solvente tem um arranjo mais ordenado e liberdade de movimento reduzida em comparação com a água do solvente. Isso reduz a entropia da água no invólucro do solvente em comparação com a da água do solvente. Assim, a dissolução é acompanhada por uma redução na entropia.

Alternativamente, se as moléculas de hidrocarbonetos se aglomerarem, a água de solvatação de baixa entropia é liberada para se tornar água solvente de maior entropia, aumentando assim a entropia.

Essa separação de moléculas de hidrocarbonetos e água impulsionada por entropia é chamada de efeito hidrofóbico. A aglomeração de hidrocarbonetos é favorecida devido ao aumento associado da entropia, resultando em camadas separadas de hidrocarbonetos e água.