O processo de envolver um soluto com solvente é chamado de solvatação. Envolve distribuir uniformemente o soluto dentro do solvente. A regra para determinar um solvente para determinado composto é que semelhante dissolve semelhante. Um bom solvente possui características moleculares semelhantes às do composto a ser dissolvido. Por exemplo, soluções polares dissolvem solutos polares e solventes apolares dissolvem solutos apolares. Um solvente polar é um solvente que possui uma constante dielétrica alta (ϵ ≥ 15); um solvente apolar é aquele com baixa constante dielétrica. A constante dielétrica é definida pela lei da eletrostática, que fornece a energia de interação E entre dois íons com cargas respectivas q1 e q2 separados por uma distância r. Um solvente polar separa ou protege efetivamente os íons uns dos outros. Portanto, a tendência de associação de íons com cargas opostas é menor em um solvente polar do que em um solvente apolar.
No caso de um hidrocarboneto e água, um é polar (água) e o outro é apolar (hidrocarboneto). Na introdução de moléculas de hidrocarbonetos na água, as moléculas de água ao longo da interface hidrocarboneto-água formam uma estrutura semelhante a uma concha chamada camada de solvatação em torno de cada molécula de hidrocarboneto. A água dentro desses arranjos em forma de concha é mais ordenada e tem menor entropia em comparação com a água no solvente. Como qualquer sistema na natureza tenta atingir um estado de entropia máxima, o sistema busca minimizar as interações entre hidrocarbonetos e água, resultando na formação de camadas separadas de hidrocarbonetos e água. Essa separação impulsionada pela entropia entre hidrocarbonetos e água é denominada efeito hidrofóbico.
Como a entropia é o fator determinante da insolubilidade dos hidrocarbonetos na água, a temperatura do sistema também influencia o processo, por exemplo, nos hidratos ou clatratos gasosos, uma das maiores reservas de gás natural. Hidratos gasosos são formas sólidas cristalinas de água e gás. Eles se formam quando o metano e a água congelam sob altas pressões e baixas temperaturas. As moléculas de hidrocarbonetos são confinadas em gaiolas estáveis de gelo, que possuem espaços abertos relativamente grandes dentro de sua estrutura cristalina. As moléculas de hidrocarbonetos se encaixam nesses espaços, possibilitando prever o tamanho máximo das moléculas de hidrocarbonetos que podem formar clatratos.
Do Capítulo 2:
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