熵力

在物理学中，作用于系统中的熵力是一种新兴现象，它是由整个系统熵增加的统计趋势引起的，而不是由原子尺度上的特定潜在力引起的。

理想气体的内能只取决于它的温度，而不取决于它的容纳箱的体积，所以它不是一种能量效应，它会像气体压力那样倾向于增加箱子的体积。 这意味着理想气体的压力具有熵起源。

这种熵力的来源是什么？ 最普遍的答案是，热波动的影响往往会使热力学系统走向宏观状态，该状态对应于与该宏观状态相容的微观状态（或微观状态）数量的xxx值。 换句话说，热波动往往会使系统走向其xxx熵的宏观状态。

诺依曼使用玻尔兹曼方程推导出进行三维布朗运动的粒子的熵力，将该力表示为扩散驱动力或径向力。 在本文中，三个示例系统展示了这种力量：

• 熔盐静电系统
• 表面张力和
• 橡胶的弹性。

熵力的一个标准例子是自由连接的聚合物分子的弹性。 对于理想链，最大化其熵意味着减少其两个自由端之间的距离。 因此，理想链条在其两个自由端之间施加了一个趋向于折叠链条的力。 这种熵力与两端之间的距离成正比。 自由连接链的熵力具有明确的机械来源，可以使用受约束的拉格朗日动力学计算。 关于生物聚合物，熵力和功能之间似乎存在错综复杂的联系。 例如，无序的多肽片段——在同一多肽链折叠区域的背景下——已被证明会产生具有功能意义的熵力。

熵力的另一个例子是疏水力。 在室温下，它部分源于水分子的 3D 网络在与溶解物质分子相互作用时的熵损失。 每个水分子都能够

• 通过两个质子提供两个氢键
• 通过两个 sp3 杂化的孤对电子接受另外两个氢键

因此，水分子可以形成一个扩展的三维网络。 引入非氢键表面会破坏该网络。 水分子在表面周围重新排列，以尽量减少氢键断裂的数量。 这与主要形成线性链的氟化氢（可以接受 3 但仅提供 1）或氨（可以提供 3 但仅接受 1）形成对比。

如果引入的表面具有离子或极性性质，则会有水分子直立在四个 sp3 轨道的 1（沿着离子键轨道的轴）或 2（沿着合成的极性轴）上。 这些方向允许轻松移动，即自由度，从而最低限度地降低熵。

但是具有中等曲率的非氢键表面迫使水分子紧紧地固定在表面上，在与表面相切的方向上展开 3 个氢键，然后锁定在笼状篮子形状中。 在非氢键表面周围的这种包合物状篮子中涉及的水分子的方向受到限制。 因此，任何会使这种表面最小化的事件在熵上都是有利的。 例如，当两个这样的疏水性颗粒非常接近时，围绕它们的包合物状篮子就会合并。 这会将一些水分子释放到大部分水中，导致熵增加。

熵力的另一个相关且违反直觉的例子是蛋白质折叠，这是一个自发的过程，疏水效应也在其中发挥作用。