Химическая энциклопедия - гидрофобное взаимодействие

(от греч. hydor-вода и phobos-боязнь, страх), сильное притяжение в воде между неполярными частицами (молекулами, остатками сложных молекул, частицами дисперсной фазы и т. п.). Причина Г. в.-большая энергия водородной связи между молекулами воды, превосходящая энергию их взаимод. с неполярными частицами. Термодинамич. невыгодность контакта воды с неполярными в-вами (рассматриваемая как гидрофобность) и предопределяет сильное притяжение их молекул друг к другу.

Г. в. между неполярными атомными группами (углеводородными, галогенуглеродными и т. п.), входящими в состав большинства орг. молекул, определяет особые св-ва их водных р-ров, в т. ч. способность к мицеллообразованию и солюбилизацию (резкое повышение р-римости неполярных в-в типа масел в мицеллярных р-рах). Взаимод. между неполярными группами, входящими в состав полимерных молекул, оказывает решающее влияние на их конформационное состояние в воде. В частности, устойчивость нативной конформации белковых молекул обусловлена определенной последовательностью расположения гидрофобных аминокислотных остатков в полипептидной цепочке. Г. в. обеспечивает специфич. взаимод. ферментов с субстратами, самосборку и разл. аспекты функционирования биомембран и др. надмолекулярных структур. Г. в.-движущая сила адсорбции ПАВ из водных р-ров на границе с воздухом и неполярными жидкими и твердыми фазами ("маслами", гидрофобными минералами типа угля, серы, полимерами типа полиэтилена, полистирола, фторопластов и др.). С Г. в. связана неустойчивость водных пленок между неполярными фазами, коагуляция и структурообразование в водных дисперсиях гидрофобных частиц (суспензиях, латексах, флотационных пульпах и др.).

Экспериментальные исследования Г. в. основываются на изучении р-римости инертных газов, углеводородов и др. неполярных в-в в воде, разнообразных термодинамич. и кинетич. св-в водных р-ров орг. соед., сил взаимод. между макроскопич. неполярными пов-стями. Они тесно связаны с изучением структуры воды с применением разл. спектроскопич. методик (оптич. спектроскопии, диэлькометрии, ЯМР, рассеяния нейтронов и др.).

В теоретич. аспекте Г. в. рассматривают в рамках общей проблемы влияния среды на меж молекулярные взаимодействия. Внедрение неполярной молекулы в воду невозможно без нарушения образуемой молекулами воды пространственной сетки прочных водородных связей. Для такого внедрения требуется значит. затрата работы, т. е. повышается своб. энергия системы (изохорно-изотермич. потенциал, или энергия Гельмгольца). В результате неполярные молекулы в воде начинают притягиваться, поскольку при их сближении термодинамически невыгодный контакт с водой в той или иной степени устраняется и своб. энергия системы понижается. Вызываемые присутствием неполярной молекулы искажения в структуре воды могут передаваться на значит. расстояния по цепочкам водородных связей и обусловливать дальнодействие сил Г. в. Эти искажения носят упорядоченный характер и сопровождаются уменьшением энтропии системы; энтропийная природа Г. в. и проявляется в его усилении при повышении т-ры.

Поскольку эффективный потенциал взаимод. молекул в жидкой среде (т. наз. потенциал средней силы) представляет собой суммарный результат взаимод. большого числа молекул, точное определение его параметров является сложной теоретич. задачей, решаемой в рамках разл. моделей жидкого состояния (см. Жидкость). Энергия Г. в. неполярных молекул в воде, отвечающая глубине потенциальной ямы, т. е. эффективная энергия межмол. связи, может превосходить энергию дисперсионного взаимодействия этих же молекул в отсутствие среды (в вакууме). В отличие от потенциала взаимод. молекул в отсутствие среды потенциал Г. в. имеет осциллирующий характер (наблюдается чередование минимумов и максимумов с периодом порядка диаметра молекул среды).

Взаимод. между неполярными частицами, аналогичные по своей природе Г. в., имеют место не только в воде, но и в др. жидкостях с высокой когезионной энергией (высоким поверхностным натяжением), напр. в формамиде и глицерине. Это позволяет говорить о более общем явлении -лиофобном взаимодействии. Лиофобное взаимод. в принципе может осуществляться и между полярными в-вами. Так, адгезия гидрофильных стеклянных частиц усиливается при погружении в ртуть и сопровождается образованием вакуумной полости в контакте между частицами вследствие несмачивания гидрофильных поверхностей ртутью.

Лит.: Пчелин В. А., Гидрофобные взаимодействия в дисперсных системах, М., 1976; Коагуляционные контакты в дисперсных системах, М., 1982. В. В. Я минский.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988