EFECTOS DEL NANOCONFINAMIENTO SOBRE LAS PROPIEDADES DE MEZCLAS DE LIQUIDOS POLARES

JAVIER RODRIGUEZ, M. DOLORES ELOLA

Cordoba

Congreso; XVII Congreso Argentino de Fisicoquimica y Quimica Inorganica; 2011

En esta presentación se detallan resultados obtenidos a partir de experimentos deDinámica Molecular concernientes a las propiedades estructurales y dinámicas demezclas de agua y acetonitrilo (ACN) sometidas a confinamiento en tres ambientesdistintos, todos de dimensiones características del orden del nanómetro.En el primer sistema analizado, el confinamiento se debe a la presencia de dos placasde silica, con diferente grado de hidrofobicidad, separadas por distancias que vandesde 0,6 a 1,5 nm. Para el caso de placas completamente hidrofóbicas y cuando lasdistancias de separación son menores al nanómetro se observa la ausencia de aguaen la región inter-placa; el agua difunde hacia la zona interna sólo para el caso de lasmayores distancias entre placas estudiadas. En todos los escenarios analizados, seobserva un marcado incremento de la concentración local de ACN, respecto del agua.Por otra parte, cuando el confinamiento es provocado por medio de placas hidrofílicasse observa la aparición de una capa de agua fuertemente coordinada al sustrato (através de los grupos silanol). Estas moléculas de agua presentan una interacción débilcon las moléculas de ACN que conforman la segunda, y más interna, capa desolvatación del sustrato. En todos los casos, el confinamiento provoca el decrecimientosignificativo en todos los modos dinámicos (difusivos y traslacionales), respecto de losapreciados en fase macroscópica para estas mezclas.El segundo caso estudiado, corresponde a la mezcla de solventes confinada, ahora,en una membrana compuesta por nanotubos de carbono (16,16). El análisis realizadoconcierne al proceso de relajación hacia el equilibrio a partir de un sistema inicialconstituido por una membrana como la descripta, que conecta dos reservoriosinicialmente llenos con cada uno de los solventes puros. Dentro de las cavidadeshidrofóbicas de cada nanotubo, se observa que las concentraciones de equilibrio delos componentes difieren considerablemente respecto de las encontradas en losreservorios, siendo mayor la concentración de ACN. Desde un punto de vista dinámicose aprecia que el proceso de relajación hacia el equilibrio involucra tres etapas biendiferenciadas: la primera, y más rápida, corresponde al establecimiento del equilibriodentro del nanotubo. Esta etapa es seguida por un proceso Fickiano durante el cual eltransporte de materia a través de la membrana puede representarse como elcorrespondiente a dos flujos coaxiales (uno interno de agua, y otro mas externo, encontacto con las paredes del nanotubo, de ACN) de sentidos opuestos. Finalmente, sepresenta una tercera etapa, mucho más lenta, que involucra cambios en lasestructuras de solvatación de los bordes del nanotubo.Para concluir, el tercer ambiente analizado corresponde a nanoporos cilíndricos desilica con diámetros cercanos a los 3 nm. En este caso se analizan las modificacionesque, sobre las propiedades estructurales y dinámicas de la mezcla líquida confinada,provocan la presencia de distintos grupos funcionales sobre las paredes del nanoporo.