Почему этанол боле растворим в воде, чем метанол?

Answer 1

Хотя и этанол (C2H5OH) , и метанол (CH3OH) хорошо растворимы в воде, этанол демонстрирует боле высокую растворимость. Это может показаться противоречивым, так как метанол имет меньшую гидрофобную часть (метильную группу CH3) по сравнению с этильной группой (C2H5) в этаноле. Однако, ключевым фактором оказывается влияние гидрофобных взаимодействий на структуру воды.
Влияние гидрофобных групп на воду:
Гидрофобная гидратация: Вокруг неполярных гидрофобных групп (метильной и этильной) молекулы воды вынуждены организовываться в упорядоченные структуры, чтобы максимизировать водородные связи между собой. Этот процесс энергетически невыгоден и приводит к снижению энтропии системы.
Сравнение этанола и метанола:
Метанол: Метильная группа в метаноле меньше по размеру, и е влияние на структуру воды мене выражено.
Этанол: Этильная группа в этаноле больше и вызывает боле значительное упорядочение молекул воды, что приводит к большему снижению энтропии.
Парадокс растворимости:
Энтропийный фактор: Несмотря на то, что упорядочение воды вокруг этанола энергетически невыгодно, это компенсируется увеличением энтропии за счет разрушения упорядоченных структур воды вокруг гидрофобных групп. В случае этанола, увеличение энтропии боле значимо, чем в случае метанола, что и объясняет его боле высокую растворимость.
Дополнительные факторы:
Водородные связи: Как этанол, так и метанол способны образовывать водородные связи с молекулами воды через свои гидроксильные группы (-OH) . Однако, вклад водородных связей в растворимость мене значителен, чем влияние гидрофобных взаимодействий.
В заключение, боле высокая растворимость этанола в воде объясняется энтропийным фактором, связанным с разрушением упорядоченных структур воды вокруг его большей гидрофобной группы. Несмотря на то, что упорядочение воды вокруг гидрофобных групп энергетически невыгодно, это компенсируется увеличением энтропии системы, что делает растворение этанола боле термодинамически благоприятным процессом, чем растворение метанола.