Suatu zat umumnya dikatakan hidrofobik bila tidak larut dengan air. Dari sudut pandang kimia, molekul zat hidrofobik tidak mampu berinteraksi dengan molekul air, baik melalui ikatan hidrogen maupun interaksi ion-dipol.
Salah satu contoh zat hidrofobik yang paling sering adalah hidrokarbon jenuh. Saat menghidrasi zat terlarut hidrofobik, molekul air menjadi terikat oleh ikatan hidrogen dan tanpa struktur tetap, membentuk segi lima dan segi enam yang “melampirkan” domain dan struktur paling apolar dalam semacam “kandang”.
Konformasi baru yang diambil oleh molekul air ini dikenal sebagai klatrat. Pada gambar di bawah, klatrat yang terbentuk di sekitar rantai hidrokarbon apolar digambarkan secara skematis.
Di sisi lain, susunan baru molekul air ini menurunkan entropi.
Dengan asumsi bahwa kita memiliki dua molekul hidrokarbon dalam air, masing-masing molekul ini dapat dikelilingi oleh klatratnya, atau keduanya bersama-sama dengan klatrat tunggal, seperti yang terlihat pada gambar berikut:
Keadaan yang lebih stabil dari keduanya adalah keadaan dengan energi bebas DG terendah:
Yang paling stabil adalah yang memiliki entropi tertinggi, yaitu di mana molekul air yang tersusun dalam klatrat lebih sedikit, oleh karena itu sistem cenderung tersusun secara spontan seperti pada gambar nomor dua.
Itulah sebabnya ketika kita mencoba untuk mencampur sikloheksana dengan air, misalnya, air “mengusir” sikloheksana dari bagian dalamnya. Meskipun molekul hidrokarbon terikat bersama oleh gaya dispersi, kontribusi interaksi ini terhadap energi efek hidrofobik sangat kecil.
Misalnya, jika sikloheksana yang sama dicampur dengan dekana, molekul-molekulnya tidak menunjukkan kecenderungan untuk saling mengikat. Interaksi hidrofobik hampir secara eksklusif bergantung pada struktur molekul air, dan muncul setiap kali air dicampur dengan zat lain yang tidak mampu berinteraksi dengannya.
Penting untuk digarisbawahi bahwa energi interaksi ini lebih besar ketika suhu naik . Entropi air meningkat dengan suhu, akibatnya energi reaksi hidrofobik lebih tinggi.
Contoh interaksi hidrofobik dalam struktur sel adalah membran: molekul air ditemukan di dalam dan di luar lapisan ganda lipid, sangat tidak teratur, tetapi mereka tidak melewatinya karena hidrofobisitasnya, menghasilkan struktur yang sangat stabil.
Contoh lain interaksi hidrofobik ditemukan pada pelipatan protein. Asam amino dengan rantai samping non-polar cenderung terletak di dalam protein, di mana mereka berasosiasi dengan rantai non-polar lainnya, sedangkan asam amino polar cenderung terletak di permukaan protein, sehingga struktur yang dihasilkan sama stabilnya. mungkin.
Ada beberapa pengecualian untuk pengaturan ini, misalnya dalam protein yang bertindak sebagai “pori” atau “saluran”, di mana asam amino dengan rantai nonpolar bersentuhan dengan lipid membran sel, dan asam amino polar ditemukan di dalam protein, melakukan kerja pori atau saluran.