21
из них направлены к молекулам, окружающим полость, а четвертая связывает
молекулы воды из окружения полости с молекулами в объеме.
Дестабилизация уменьшается также за счет межмолекулярного взаимо-
действия между растворенным веществом в полости и водой из окружения. Для
таких веществ, как углеводороды оно по своей природе является дисперсион-
ным. Для дифильных веществ, кроме этого типа взаимодействий, существует
межмолекулярное взаимодействие между гидрофильным фрагментом и водой,
подобное по своей природе взаимодействию в сольватном окружении полярных
веществ. Энергия межмолекулярного взаимодействия значительна по своей аб-
солютной величине даже в случае только дисперсионной его природы. Напри-
мер, энергия взаимодействия между метаном и водой составляет –19 кДж/моль
при 293 К.
Однако полной стабилизации воды в результате этих процессов (реорга-
низация растворителя и межмолекулярное взаимодействие с растворенным ве-
ществом) не происходит. Так, расчетным путем с использованием физико-
химических характеристик воды и метана было установлено, что изменение эн-
тальпии при образовании полости для растворенного метана составляет
4,7 кДж/моль при 293 К. Из этого расчета следует, что вода с полостями энерге-
тически дестабилизирована, поскольку имеет более высокое значение мольной
энтальпии по сравнению с обычной водой:
Δ
H
=
Н
(вода с полостями)
–
Н
(чистая вода)
= 4,7 кДж/моль.
Молекулы воды в объеме, примыкающем к полости, испытывают опреде-
ленные ограничения, накладываемые на степень свободы крутильных колеба-
ний относительно водородной связи:
O H
H
....
.....
O
H
H
Упрощенно можно сказать, что молекулы воды, формируя полость для
гидрофобного вещества, «изгибаются», становятся напряженными. При этом
молекула неполярного углеводорода оказывается как бы заключенной в «клет-
ку» растворителя (рис. 1.2,
а
).
Кроме того, вода, примыкающая к полости, вероятнее всего, более плот-
ная, чем в объеме, поскольку с увеличением плотности вещества растет энергия
межмолекулярного взаимодействия, которая в данном случае снижает энергию
дестабилизации растворителя, поэтому вода, контактирующая с полостью, бо-
лее упорядочена и ее энтропия понижена:
Δ
S
=
S
(вода с полостями)
–
S
(чистая вода)
< 0.
