2.4 : الانتروبيا والإذابة

تسمى عملية إحاطة المذاب بالمذيب بالإذابة. وهي تنطوي على توزيع المذاب بالتساوي داخل المذيب. القاعدة الأساسية لتحديد المذيب لمركب معين هي أن " المثيل يذيب المثيل". المذيب الجيد له خصائص جزيئية مشابهة لتلك الخاصة بالمركب المراد إذابته. على سبيل المثال، المحاليل القطبية تذيب المواد المذابة القطبية، والمذيبات غير القطبية تذيب المواد المذابة غير القطبية. المذيب القطبي هو مذيب له ثابت عازل مرتفع (ϵ ≥ 15)؛ المذيب غير القطبي هو مذيب ذو ثابت عازل منخفض. يتم تعريف ثابت العزل الكهربائي بواسطة القانون الكهروستاتيكي، الذي يعطي طاقة التفاعل E بين أيونين بشحنتين q₁ و q₂ مفصولتين بمسافة r. يقوم المذيب القطبي بفصل الأيونات عن بعضها البعض أو حمايتها بشكل فعال. ولذلك، فإن ميل الأيونات المشحونة بشكل متعاكس للارتباط يكون أقل في المذيب القطبي منه في المذيب غير القطبي.

في حالة الهيدروكربون والماء، أحدهما قطبي (ماء)، والآخر غير قطبي (هيدروكربون). عند إدخال جزيئات الهيدروكربون في الماء، تشكل جزيئات الماء على طول السطح البيني الهيدروكربوني المائي ترتيبًا يشبه الغلاف يسمى الغلاف المذيب حول كل جزيء هيدروكربون. الماء الموجود داخل هذه الترتيبات الشبيهة بالغلاف يكون أكثر ترتيبًا وله إنتروبيا أقل مقارنة بالماء الموجود في المذيب. بما أن أي نظام في الطبيعة يحاول تحقيق حالة من الإنتروبيا القصوى، فإن النظام يحاول تقليل التفاعلات بين الهيدروكربون والماء، مما يؤدي إلى تكوين طبقات هيدروكربونية ومائية منفصلة. يُطلق على هذا الفصل القائم على الإنتروبيا بين الهيدروكربون والماء اسم التأثير الكاره للماء.

بما أن الإنتروبيا هي العامل الدافع لعدم ذوبان الهيدروكربونات في الماء، فإن درجة حرارة النظام تؤثر أيضًا على العملية، على سبيل المثال، في هيدرات الغاز أو الكلاثرات، وهي واحدة من أكبر احتياطيات الغاز الطبيعي. هيدرات الغاز هي أشكال صلبة بلورية من الماء والغاز. وهي تتشكل عندما يتجمد الميثان والماء تحت ضغوط عالية ودرجات حرارة منخفضة. تكون جزيئات الهيدروكربون محصورة داخل أقفاص مستقرة من الجليد، والتي تحتوي على مساحات مفتوحة كبيرة نسبيًا داخل بنيتها البلورية. تتلاءم جزيئات الهيدروكربون مع هذه الثقوب، مما يجعل من الممكن التنبؤ بالحجم الأقصى لجزيئات الهيدروكربون التي يمكن أن تشكل الكلاثرات.