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
гидрофобного взаимодействия - большая энергия водородной связи между молекулами воды, превосходящая энергию их взаимод. с неполярными частицами. Термодинамич. невыгодность
контакта воды с неполярными веществами (рассматриваемая как гидрофобность) и предопределяет сильное притяжение их молекул друг к другу.
Гидрофобное взаимодействие между неполярными атомными группами (углеводородными, галогенуглеродными
и т.п.), входящими в состав большинства орг. молекул, определяет особые
св-ва их водных растворов, в т. ч. способность к мицеллообразованию и солюбилизацию
(резкое повышение растворимости неполярных веществ типа масел в мицеллярных растворах).
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. Гидрофобное взаимодействие обеспечивает специфич. взаимод. ферментов
с субстратами, самосборку и разл. аспекты функционирования биомембран и
др. надмолекулярных структур. Гидрофобное взаимодействие - 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 гидрофобным взаимодействием связана неустойчивость водных пленок между
неполярными фазами, коагуляция и структурообразование в водных дисперсиях
гидрофобных частиц (суспензиях, латексах, флотационных пульпах и др.).
Экспериментальные исследования гидрофобного взаимодействия основываются на изучении растворимости
инертных газов. углеводородов и др. неполярных веществ в воде, разнообразных
термодинамич. и кинетич. свойств водных растворов 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 гидрофобное взаимодействие 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 гидрофобного взаимодействия. Эти искажения носят упорядоченный
характер и сопровождаются уменьшением энтропии системы; энтропийная природа
>гидрофобного взаимодействия и проявляется в его усилении при повышении температуры.
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 гидрофобного взаимодействия 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 гидрофобного взаимодействия имеет осциллирующий характер (наблюдается чередование
минимумов и максимумов с периодом порядка диаметра молекул среды).
Взаимод. между неполярными частицами, аналогичные по своей гидрофобным взаимодействиям, имеют место не только в воде, но и в др. жидкостях с высокой когезионной
энергией (высоким поверхностным натяжением), например в формамиде и глицерине.
Это позволяет говорить о более общем явлении – лиофобном взаимодействии.
Лиофобное взаимод. в принципе может осуществляться и между полярными веществами.
Так, адгезия гидрофильных стеклянных частиц усиливается при погружении
в ртуть и сопровождается образованием вакуумной полости в контакте между
частицами вследствие несмачивания гидрофильных поверхностей ртутью.
