Mejorar las reacciones químicas que van desde la refinación de petróleo hasta la construcción de baterías de mayor duración significa comprender la química de los ácidos y las bases. Los investigadores descubrieron que cuando un ácido fuerte como el ácido clorhídrico HCl se mezcla con agua, el anión negativo y el catión positivo permanecencierre y cree una estructura inesperada. Estos resultados proporcionan una mejor comprensión de la complejidad de la química ácido / base en soluciones químicas no ideales concentradas.
Este nuevo estudio, que detalla el importante papel del contraión cloruro en el caso del HCl en la red de reacción del comportamiento de los ácidos, proporciona una plantilla para conectar la estructura y la función. La conexión puede ayudar a los científicos a desarrollar una comprensión más profundade los conceptos más básicos en química y proporcionan información fundamental para su uso en aplicaciones de baterías.
Los libros de texto introductorios de química indican que cuando se agrega un ácido al agua, los iones positivos y negativos se separan rápidamente entre sí en base a investigaciones con bajas concentraciones de ácido. Con ácidos fuertes, como el ácido clorhídrico HCl, se pensó quesea la misma situación: los iones positivos de hidrógeno H + se difunden, creando la acidez de la solución, neutralizando sustancias básicas, corroyendo metales y / o reaccionando con sustancias orgánicas, y luego se asocian rápidamente con el agua para convertirse en un ion hidronio oH 3 O +, mientras que el contraión de cloruro Cl- forma fragmentos solvatados independientes con carga negativa.
Sin embargo, las propiedades fundamentales de los iones contrarios rodeados de agua no se han estudiado exhaustivamente de manera experimental. Ahora, los investigadores que utilizan métodos computacionales y experimentales examinan concentraciones bajas, medias y altas de HCl en agua líquida y descubrieron que el Cl- y la carga negativael H + cargado positivamente en realidad permanece más cerca uno del otro en una estructura inesperada en todo el rango de concentración estudiado.
Los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico combinaron la estructura fina de absorción de rayos X extendida, la difracción de neutrones y las mediciones de difracción de rayos X utilizando la fuente avanzada de fotones Argonne con simulaciones de teoría funcional de densidad de vanguardia. Específicamente, los investigadoresmidió la distancia y la geometría entre el ion cloruro y el oxígeno en el ion hidronio que comprende el par de iones de contacto, descubriendo que era significativamente más corto que la interacción entre el cloruro y el oxígeno del agua como se esperaba en una imagen de disociación ideal.
Estas estructuras diferían significativamente de las estudiadas en las fases gaseosas, que se utilizaron en modelos computacionales anteriores. El equipo ahora está examinando iones más complejos con la idea de ajustarlos para fines específicos.
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Materiales proporcionado por Departamento de Energía, Oficina de Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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