Interacciones ion-disolvente

Interacciones ion-disolvente

El primero en hablar de una separación de agua de una solución por el método de evaporación fue Aristóteles. Y en 1800 Fourcroy comenzó a estudiar la interacción de un soluto con un solvente.

La formación de iones en soluto se considera un acto fundamental por la simplicidad de su estudio para la electroquímica, la transferencia de un electrón a través de la doble capa hacia o desde un ion en solución.[pic 1][pic 2][pic 3]

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Fig 1.  Partes esenciales de un sistema electroquímico

Cuando tenemos un sistema electroquímico, la interface posee un ion como portador de estados electrónicos vacíos para que se pueda llevar a cabo una reducción electroquímica. En el estado electrónico lleno los iones son origen de los electrones en reacciones de transferencia inversa de electrones en reacciones de oxidación electroquímica.

Existen dos formas para crear iónicamente fases conductoras en un sistema electrodo-solución:

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Fig. 2. Método químico de producción de soluciones iónicas

1.- El método químico de producción de soluciones iónicas

En el metodo quimico se utiliza acido acetico para la formacion de iones en un disolvente neutro.

Una caracteristica de este metodo es que su concentracion ionica es con valores bajos, las moleculas se ionizan para dar iones.

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Fig. 3. Disolución de un cristal iónico por acción de un solvente.

2.- La disolución de un cristal iónico por acción de un solvente

Este metodo tiene una frecuente aplicación para  formar iones moviles en solucion.

Un ejemplo muy utilizado es el del cloruro de sodio en agua. Cuando el solvente choca con la pared de los cristales los iones de esa molecula, interacciona de forma tal que rompe su estructura de red para poder ionizar las moleculas otorgandoles mejores condiciones energeticas en la solucion. La interaccion ion-solvente es el motivo de la formacion de soluciones ionicas a partir de sales.

Campo de estudio de la solvatacion.

La solvatacion juega un papel importante dentro del campo de estudio y de desarrollo de nuevas tecnologías pues este tipo de métodos nos son útiles para obtener datos de problemas de contaminación actual como lluvia acida. Los datos obtenidos del análisis de una muestra de agua nos pueden ayudar a determinar el nivel de disolución de por medio de la concentración de iones que participan en la muestra, además el pH nos da una idea del nivel de disolución del agua de lluvia en un rio y el grado de la disolución, esto se determina por la solvatación de los iones en cuestión.

La hidratación iónica desempeña un trabajo de vital importancia cuando se emplea en el campo de la biología, pues las estructuras enzimáticas dependen de la hidratación, estas presentan una gran afinidad y efectos hidrófobos. La hidrofobia se presenta en interacciones soluto-soluto para expulsar moléculas de disolvente, acurre también, en presencia de grupos grandes de solutos, su gran tamaño causa acciones de dispersión entre iones y moléculas para competir en atracción ion- solvente.

Aplicaciones después de 1980

Enfoques mecánicos estadísticos

Tiene aplicación en la deducción de estructura y es base de interpretaciones de entropía de los iones en solución y la capacidad calorífica de la solución.

Cálculos de Monte Carlo y de dinámica molecular

Los movimientos de iones en la solución son probados por los cambios de energía, aumentando o disminuyendo la energía. Estudia la energía potencial del sistema

La dinámica molecular calcula la energía potencial de entidades moleculares que interactúan entre si. Los cálculos nos dan resultados de la dinámica de cada particula y la función de distribución para calcular propiedades del sistema.

Para realizar los cálculos se necesita de un software de alto costo, pero se pueden determinar los valores experimentalmente.

Enfoques espectroscópicos

Con el estudio de las propiedades fisicoquímicas, también dio paso a buscar nuevas aplicaciones en otras áreas de interés donde su aplicación facilita el registro de espectros característicos del complejo ion-disolvente. El infrarrojo (IR), Raman y resonancia magnética nuclear (RMN) se pueden utilizar en enfoques espectroscópicos como herramientas para la interpretación de las estructuras moleculares características de los espectros y sugiere características estructurales en el complejo.

Esta técnica no funciona con concentraciones bajas pues la fuerza de emisión de la señal no es óptima para su determinación significativa limitando el enfoque espectroscópico.

El agua es un solvente de gran interés debido a su estructura y porque es un solvente universal donde se han basado para poder comprender como esta se involucra en las soluciones.

La teoría moderna sobre las propiedades de solución implica el uso de la media de aproximación esférica (MSA), donde asumen propiedades simples para obtener respuestas en términos de solución analítica.

ESTRUCTURA DEL DISOLVENTE MÁS COMÚN, EL AGUA

El vapor de agua  consta de moléculas de agua separadas, la molécula de agua no es linear pues consta de un Angulo de enlace de 105° entre H-O-H. El átomo de oxigeno tiene 6 electrones en su segunda capa ( 2e- 2s y 4e- 2p).

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Fig. 4. Ángulos en molécula de agua

En la fase liquida del agua no se encuentra mucha diferencia entre los electrones s y p.

Los electrones del oxígeno y el hidrogeno interactúan entre si y su distribución es descrita por la mecánica cuántica y los ocho electrones que rodean al oxigeno se convierten en orbitales híbridos. Consta de 4 orbitales, utiliza dos para el enlace O-H y los otros dos solo libres como un par de electrones.

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Fig. 5 Orbitales hibridos en molecula de oxigeno

El agua cambia de forma dependiendo de su estado de conformación. En el estado gaseoso sus moléculas vibran y giran libremente en el espacio, en el estado líquido, las vibraciones se modifican y debido a su cambio de estructura no presenta rotación. En el estado sólido la moléculas de agua forman una estructura con un acomodamiento similar al de una red y su vibración es mínima y su rotación inexistente.

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Fig. 6 Dipolo eléctrico en la molécula de agua.

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