Структура воды вокруг гидрофобных растворённых веществ и модель айсберга

Структуру воды в гидратных оболочках малых гидрофобных растворённых веществ исследовали методом молекулярной динамики. Результаты показывают, что у части молекул воды в первой гидратной оболочке неполярного растворённого вещества тетраэдрический порядок значительно выше, а число водородных связей немного больше, чем у молекул объёмной воды при комнатной температуре. Это согласуется с экспериментально наблюдаемыми отрицательной избыточной энтропией и повышенной теплоёмкостью гидрофобных растворов при комнатной температуре. Упорядочение возникает в результате перестройки небольшого числа молекул воды вблизи неполярных растворённых веществ: они занимают одну или две вершины более упорядоченных водных тетраэдров. Такая структура далеко не соответствует той, которую часто подразумевают при буквальном толковании термина «айсберг» в модели айсберга Фрэнка и Эванса, однако поддерживает умеренную трактовку этой модели. Тетраэдрический ориентационный порядок этой совокупности молекул воды сопоставим с порядком жидкой воды при температуре около 10 °C, но не сопровождается небольшим сокращением расстояния O–O, наблюдаемым в холодной воде. Кроме того, показано, что структурные изменения воды вблизи малых неполярных растворённых веществ нельзя выявить по радиальным функциям распределения воды. Это объясняет, почему повышенное упорядочение не наблюдается в экспериментах по нейтронной дифракции. Полученные результаты позволяют вновь рассматривать замедление поступательной и переориентационной динамики воды вблизи гидрофобных групп как явление, имеющее структурное соответствие: структура воды напоминает воду при низких температурах.