Estructura y polaridad de clusters (H2O)N y KI•(H2O)N (N<300). Deflexión eléctrica de haces moleculares y simulación computacional

GUSTAVO MORIENA; MARIANO GONZALEZ LEBRERO; MARCOS MOBBILI; ÁLVARO CARRERA; ERNESTO MARCECA; DARÍO ESTRIN

Río Hondo

Congreso; XIV Congreso Arg. Fisicoqca y Qca Inorg; 2005

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Ciertos procesos de interés como la solvatación, la transferencia de carga y algunas reacciones químicas transcurren frecuentemente a través de fuertes cambios en la estructura electrónica del entorno. El estudio de estos procesos en sistemas cuyos tamaños se encuentran restringidos a unos pocos Angstrom puede efectuarse investigando el momento dipolar permanente de clusters moleculares. Esta magnitud se obtiene con facilidad a partir de cálculos computacionales y también puede medirse en el laboratorio, cuantificando la deflexión que experimentan estas partículas al atravesar un campo eléctrico inhomogéneo. Se ha investigado el momento dipolar de clusters del tipo (H2O)n de hasta 300 moléculas de agua empleando simulaciones de dinámica molecular con potenciales de interacción clásicos y experimentos de deflexión eléctrica en un equipo de haces moleculares. Los clusters fueron generados por expansión adiabática en alto vacío y sus tamaños fueron determinados empleando un espectrómetro de masa de tiempo de vuelo. Los resultados indican que los clusters muestran polaridad apreciable para los tamaños estudiados. No se observa disminución en el valor del momento dipolar neto de los clusters en función del tamaño del sistema. Por el contrario, la orientación que adoptan las moléculas de agua, regida principalmente por la fuerte direccionalidad que impone la unión hidrógeno intermolecular, privilegia la formación de clusters polares. También se ha estudiado la perturbación que introduce la incorporación de un halogenuro alcalino como KI en los clusters de agua. Se determinaron el momento dipolar y otras propiedades estructurales de clusters mixtos del tipo [KI·(H2O)n] empleando simulaciones de dinámica molecular. Se encontró que la estructura más estable para los clusters de mayor tamaño corresponde a “pares iónicos separados por solvente”, que se encuentran solvatados en el interior del cluster. El momento dipolar neto calculado resulta ser significativo y no muestra ninguna tendencia a disminuir con el tamaño del cluster, en el rango de tamaños estudiado.  La perturbación introducida en el cluster por el soluto induce un momento dipolar en el solvente, cuya proyección sobre el eje K-I se opone (y supera en valor absoluto) al dipolo del par iónico.