Un equipo de investigadores en Rusia trabajó en conjunto para arrojar nueva luz sobre la naturaleza heterogénea de un líquido orgánico polar mezclado con agua. Usaron la luz láser como herramienta de dos maneras, dispersión dinámica de luz y microscopía de fase, que les permitió demostrarla existencia de nanodropletas estables de tetrahidrofurano THF en la mayor parte de las soluciones acuosas de electrolitos y desarrollar una nueva teoría que explique la generación espontánea de nanopartículas heterogéneas en soluciones acuosas de solutos orgánicos polares en términos de formación de nanodropletas debido a enlaces de hidrógeno "centelleantes".
Hasta hace poco se pensaba que las partículas heterogéneas en mezclas binarias de compuestos orgánicos polares podrían ser nanoburbujas de gas o complejos moleculares estables gigantes, formados por las moléculas del soluto o disolvente. En un artículo que apareció esta semana en El diario de la física química , de AIP Publishing, un equipo de investigación que incluyó a científicos de cuatro instituciones diferentes de Moscú utilizaron THF, que tiene una solubilidad infinita en agua y que, en soluciones acuosas de bajas concentraciones de THF, permite la observación de una dispersión anormalmente alta de luz debido a la espontáneaformación de algunos centros heterogéneos. La combinación de la dispersión dinámica de la luz con una novedosa técnica experimental llamada microscopía de fase láser que puede medir el índice de refracción de los objetos a escala nanométrica en líquidos además de sus tamaños, les permitió determinar que las nanodropletas que se observan en mezclas acuosasde THF a bajas concentraciones consisten básicamente en THF puro.
"Comenzamos repitiendo experimentos previos de dispersión de luz láser usando dispersión de luz dinámica, que en realidad confirmó el nivel anormalmente alto de dispersión en este rango de concentración; demostrando que los centros de dispersión son partículas a escala nanométrica", dijo NF Bunkin, profesor deUniversidad Técnica del Estado de Moscú, Bauman. Dado que los dos líquidos puros se mezclan en una proporción fija, estas partículas deben consistir en THF y agua en una proporción determinada. Sin embargo, el problema es que los experimentos de dispersión de luz no pueden usarse para determinar el porcentaje deestos componentes en las partículas de dispersión ". Logramos resolver este problema usando un microscopio de fase único que desarrollamos en colaboración con otros científicos de Rusia; uno que puede medir no solo el tamaño de las nanopartículas en un líquido, sino también determinar suíndice de refracción ", explicó Bunkin." Encontramos que el índice de refracción de los objetos de dispersión en mezclas de THF-agua prácticamente coincidens con el índice de refracción de THF puro, sin embargo, de acuerdo con los datos de referencia, tales nanodropletas de THF simplemente no pueden existir en la solución de dicha concentración ".
Sin embargo, para el equipo de investigación el mayor desafío no fue el experimento, o incluso el desarrollo del nuevo microscopio, sino el desarrollo de una teoría que incorporara y explicara sus resultados. La intuición sugiere que la formación espontánea de gotas de THF puro en diluidoLas soluciones acuosas deben controlarse de alguna manera mediante los parámetros de la interacción del agua y las moléculas de THF a través de enlaces de hidrógeno. En términos generales, la molécula de THF puede formar un enlace de hidrógeno con una molécula de agua vecina, o no. Si hay una cantidad bastante grande de moléculas de THF, localizada en un área a escala nanométrica de la solución líquida, al mismo tiempo rompe los enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua vecinas, se crea una nanodropleta de THF puro en esta área, se observó un hecho en este experimento.
El equipo ya está anticipando los próximos pasos en esta investigación. La cinética de la nucleación de nanodropletas aún está fuera del alcance de su modelo propuesto. Están planeando llevar a cabo experimentos similares con soluciones acuosas de líquidos orgánicos del grupo de furanos quetiene diferentes polarizabilidad y momentos dipolares, y con soluciones de isótopos de agua H20, D20 y agua empobrecida en deuterio que tienen diferentes energías de enlace de hidrógeno intermolecular y para explorar el papel del gas disuelto.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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