EQUILIBRIO SÓLIDO-LÍQUIDO EN CONFINAMIENTO

ESTEFANÍA GONZÁLEZ SOLVEYRA; EZEQUIEL DE LA LLAVE; GALO J. A. A. SOLER-ILLIA; VALERIA MOLINERO; DAMIAN A. SCHERLIS PEREL

Rosario

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Introducción: El confinamiento afecta el comportamiento de fases de fluidos respecto a lo observado en el sistema bulk.1 Resultados experimentales y computacionales muestran que el enfriamiento de agua confinada en nanoporos hidrofílicos e hidrofóbicos de paredes rugosas uniformes resulta en la formación de hielo I. La nucleación en estos poros no se encuentra facilitada por la superficie y procede de manera homogénea. Por su parte, resultados interesantes se han observado en nanotubos de carbono (CNT) en los que incluso a temperatura ambiente se observa una fuerte estructura radial en capas. Al enfriar el sistema, la nucleación procede desde las paredes hacia el centro, dando lugar a la formación de estructuras multicapas. Objetivos y metodología: Estudiar los efectos de las interacciones agua-pared, la rugosidad de la superficie, el tamaño del poro y la fracción de llenado, sobre el equilibrio sólido-líquido del agua confinada en nanoporos tipo silica así como CNTs. Para ello, se utilizaron métodos de dinámica molecular clásica con el modelo coarse-grain de agua monoatómica mW2 con el objetivo de investigar los procesos de cristalización y fusión y la estructura del agua y el hielo en nanoporos cilíndricos de 2-4 nm de diámetro. Resultados: Se determinó la temperatura (Tm) y entalpia (ΔHm) de fusión en función de la fracción de llenado y del tamaño del poro para los distintos sistemas. En acuerdo con resultados experimentales, se encontró que Tm del hielo nanoconfinado se encuentra fuertemente disminuido respecto al valor del bulk, muestra una dependencia casi nula con el contenido de agua en los poros y resulta insensible a la hidrofilicidad de la pared.3 En cuanto a los CNTs, se observó la formación de hielo en multicapas sin la existencia de una capa desordenada entre el núcleo solido y la pared del nanoporo, en contraste con la capa cuasi-líquida existente en nanoporos rugosos tanto hidrofílicos como hidrofóbicos. Conclusiones: Fue posible analizar los factores que impactan en los procesos de nucleación y crecimiento de hielo en distintos sistemas nanoconfinados y construir el diagrama de fases de hielo en los distintos sistemas analizados. Se observaron diferentes mecanismos de nucleación así como de estructura del hielo formado. Referencias 1. Alba-Simionesco, C.; Coasne, B.; Dosseh, G.; Dudziak, G.; Gubbins, K. E.; Radhakrishnan, R.; Sliwinska-Bartkowiak, M. Journal of Physics-Condensed Matter 2006, 18, R15. 2. Molinero, V.; Moore, E. B. J Phys Chem B 2009, 113, 4008 3. González Solveyra, E.; De La Llave, D. Scherlis, V. Miolinero, J. Phys. Chem B, 2011, 115 (48), 14196-14204