Utilizando simulaciones de dinámica molecular, los investigadores analizaron las propiedades del agua supercrítica. Los investigadores mostraron qué estructura de la red de enlaces de hidrógeno se forma en diferentes estados supercríticos y también simularon los espectros de terahercios relevantes. Este enfoque puede ayudar en el futuro a interpretar los resultados experimentales.
A temperaturas de aproximadamente 375 grados Celsius y una presión 220 veces mayor de lo normal, el agua alcanza el estado supercrítico, donde las fases líquida y gaseosa ya no se pueden distinguir claramente, según la opinión tradicional de los libros de texto.
"Los argumentos de que el estado supercrítico podría subdividirse en un régimen similar al gas y al líquido, separados por la llamada línea Widom, no se han presentado hasta hace unos años", explica Christoph Schran deCentro de Química Teórica en la Ruhr-Universität Bochum, dirigido por el Prof Dr. Dominik Marx.
Tres estados de agua en comparación
Utilizando simulaciones de dinámica molecular, el equipo encabezado por el profesor Marx analizó cómo estudiar la línea Widom experimentalmente mediante espectroscopía de terahercios. Publicaron sus resultados en colaboración con la Universidad Tecnológica de Gdansk en Polonia Cartas de revisión física . Las simulaciones se realizaron parcialmente en el Centro de Supercomputación Leibniz en Munich
Los teóricos compararon tres estados: el estado del agua líquida a temperatura ambiente; un estado supercrítico con alta densidad; y un estado supercrítico con baja densidad. Los análisis revelaron que las redes de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de hidrógeno son completamente diferentes en esos tresestados
Los estados difieren con respecto al tamaño y la cantidad de grupos de agua
En agua líquida a temperatura ambiente, casi todas las moléculas de hidrógeno están unidas a través de enlaces de hidrógeno. Sin embargo, en el agua supercrítica, se forman grupos aislados. Consisten en moléculas de agua que están unidas dentro del grupo a través de enlaces de hidrógeno, pero no tienen ningunaenlaces de hidrógeno a otros grupos.
El número de grupos de diferentes tamaños difiere entre estados supercríticos con alta y baja densidad. Las propiedades de la fase gaseosa prevalecen en agua supercrítica con baja densidad, las de la fase líquida en agua supercrítica con alta densidad.
Los investigadores simularon los espectros vibracionales asociados con los tres estados en el rango de terahercios, cuya forma está determinada en gran medida por la estructura de la red de enlaces de hidrógeno. Experimentalmente, no es posible observar directamente qué factores afectan la forma de los espectros enEl nivel molecular La química teórica puede cerrar esta brecha: el presente estudio ha arrojado luz sobre los procesos físicos que determinan la forma de los espectros de terahercios de agua supercrítica similar a gas y líquido.
"Nuestras simulaciones han demostrado que la espectroscopía de terahercios debería ser un método ideal para analizar las propiedades de los enlaces de hidrógeno en el estado supercrítico del agua, en ambos lados de la línea Widom", concluye Schran. "Además, nuestros hallazgos ayudarán ainterpretar los procesos moleculares subyacentes en los espectros medidos "
líquidos supercríticos como solventes para la industria
El agua supercrítica es relevante no solo para la investigación académica. La industria lo utiliza como un solvente ecológico. Pequeñas variaciones de presión o temperatura afectan sus propiedades en gran medida. En consecuencia, el agua supercrítica puede ajustarse para adoptar las propiedadesrequerido para la aplicación respectiva.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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