Explique como a agregação de moléculas apolares em água leva a um aumento de entropia.
Passo 1
O enunciado pede para entender por que, quando várias moléculas apolares estão dispersas em água, elas tendem a se agregar e, com isso, a entropia do sistema aumenta. O conteúdo envolvido é o efeito hidrofóbico, que exige compreender como a organização das moléculas de água ao redor de solutos apolares afeta a entropia total do sistema.
Passo 2
Quando uma única molécula apolar fica imersa em água, as moléculas de água próximas formam uma “gaiola” estruturada para maximizar ligações de hidrogênio entre si, contornando o soluto. Esse arranjo reduz a liberdade de movimento dessas moléculas de água, o que corresponde a uma diminuição de entropia local, ou seja,
Passo 3
Se colocarmos várias dessas moléculas apolares dispersas, cada uma vai exigir sua própria região de água ordenada, multiplicando o efeito de diminuição de entropia da água. Ao agregá-las, porém, a área total de superfície de contato com a água diminui. Com menos superfície exposta, formam-se menos “gaiolas” de água ordenada.
Passo 4
A redução das regiões de água estruturada libera moléculas de água antes aprisionadas, aumentando sua liberdade de movimento. Assim, a variação de entropia da água na agregação torna-se positiva:
O balanço entropico do processo é
onde
grande e positiva supera a pequena perda de entropia das próprias moléculas apolares
, resultando em
.
Resposta
A agregação de moléculas apolares reduz a área de contato com a água, liberta moléculas de água que estavam organizadas em “gaiolas” ordenadas e, portanto, aumenta significativamente a entropia da água. Esse ganho de desordem domina qualquer pequena perda de entropia das moléculas apolares, tornando o processo globalmente favorável em termos entropicos.