エントロピーと溶解度：なぜ油と水が混ざらないのですか？113

油と水が混ざらないという事実はよく知られています。 それは混合しない他の事のための共通の隠喩になった(人々、信頼、等。）それほどよく知られていないのは、なぜですか？ オイルは化合物のグループの総称であり、その多くは炭化水素であるか、または炭化水素様領域を含む。, 油は-よく油性、彼らは滑りやすく、（退屈な音の危険にさらされて）水と混合することができません。 オリーブ油またはトウモロコシ油中の分子は、典型的には約16-18炭素の長い炭化水素鎖を有する。 これらの分子は、多くの場合、一方の端にエステル（C—O結合を含む原子のグループ）と呼ばれる極性基を有する。114鎖中に六つ以上の炭素を得ると、これらの基は、ほとんどのアルコール中の単一のO—H基が溶解度に大きく影響しないのと同じように、水への溶解度に大きく影響しません。, したがって、油性分子は主に非極性であり、主にロンドン分散力（Ldf）を介して、他の分子（水分子を含む）と同様に互いに相互作用する。 油分子が水中に分散している場合、水分子との相互作用には、Ldfおよび水双極子と油分子上の誘導双極子との相互作用の両方が含まれる。 このような双極子誘起双極子相互作用は一般的であり、重要であり得る。, 油性分子を水中に分散させることに伴うエンタルピー変化を推定すると、ΔHは多くの系でほぼゼロであることがわかります。 これは、溶媒と溶質中の分子を分離するために必要なエネルギーが、新しい溶媒–溶質相互作用が形成されたときに放出されるエネルギーにほぼ等しいことを意味する。

単に分子を混合することに関連するエントロピー変化は正であることを覚えておいてください。, したがって、油と水の混合に関連するエンタルピー変化がほぼゼロであり、混合のエントロピーが通常正である場合、なぜ油と水は混合しないのですか？ 残された唯一の可能性は、水に油分子を溶解することに関連するエントロピーの変化が負でなければならないことである（したがって、ΔGを正にする。）さらに、aqueous液中に油分子を分散させると、混合系は自発的に分離する（混合されない）。 これは仕事を伴うプロセスのようです。 どんな力がこの仕事を駆動しますか？,

安心してください、神秘的ではない説明がありますが、分子レベルとシステムレベルの両方で考える必要があります。 炭化水素分子が水中に分散されると、水分子は互いに作るH結合の数を最大にするために再配置される。 それらは、各炭化水素分子の周りにケージ状の構造を形成する。 各炭化水素分子の周りの水分子のこのケージは、特に我々がカウントアップし、個々のケージのすべてを一緒に追加するとき、純粋な水で見つかったものより, 炭化水素分子の周りの領域に制限されているが、それはむしろ氷中の水分子の配置のようなものである。 このより秩序化された配置は、エントロピーの減少をもたらす。 より多くの油分子が水中に分散するほど、エントロピーの減少は大きくなる。 一方、油分子が一緒に凝集すると、”秩序ある水”の面積が減少し、より少ない水分子が影響を受ける。 したがって、油分子の凝集に関連するエントロピーの増加があります—完全に直感に反するアイデアです！, このエントロピーの増加は、負の符号のために–TΔSに対して負の値をもたらす。 したがって、他の要因が存在しない場合、システムは油と水の分子間の相互作用を最小限に抑えるために移動し、別々の油相と水相の形成をもたらす。 物質の相対密度に依存して、油相は、水相の上または下のいずれかであり得る。 油と水の分子のこのエントロピー駆動の分離は、一般的に疎水性効果と呼ばれています。, もちろん、油分子は水を恐れる（恐怖症）ことはなく、水分子をはじくことはありません。 リコールが分子のそれぞれの経由ロンドンの分散力のばしているのと同様の電気料金）。

水中の油の不溶性は、主にエントロピーの変化によって制御されるため、システムの温度によって直接影響されます。 低温では、水と炭化水素の混合物を安定化させることが可能である。, 包接酸塩として知られているそのような混合物では、炭化水素分子は水分子（氷）の安定したケージによって囲まれている。 リコールアイスは、比較的大きく開いた空間内の結晶構造を示してあります。 炭化水素分子はこれらの孔の中に収まり、クラスレートを形成することができる炭化水素分子の最大サイズを予測することを可能にする。 例えば、いくつかの海洋細菌はCH4（メタン）を生成し、その後冷たい水に溶解してメタン包接酸塩を形成する。, 科学者たちは、従来の天然ガス資源の二から十倍の現在の量の間にメタンクラスレートとして存在していると推定しています。115