Deshidratación de las interfaces de óxido y agua mediante sales cuantificadas con espectroscopia no lineal

Área de la Ciencia:

• Química Física
• Ciencias de la superficie
• Espectroscopia

Sus antecedentes:

• Determinar las densidades de iones y moléculas de agua en las interfaces acuosa:sólida es un desafío, especialmente a altas intensidades iónicas.
• Comprender el comportamiento interfacial es crucial para varios procesos químicos y biológicos.

Objetivo del estudio:

• Para cuantificar las cubiertas de cationes y aniones en las interfaces de sílice-agua fundidas.
• Para determinar la densidad numérica y la orientación de las moléculas de agua alineadas con la red.
• Investigar el impacto de las intensidades iónicas altas (hasta 8 M) en la composición interfacial y el ordenamiento del agua.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de segunda generación armónica con resolución de fase y amplitud.
• Se empleó un enfoque totalmente óptico y sin contacto.
• Superficies de sílice fundida estudiadas en contacto con soluciones acuosas (pH 5,8) con varias sales (NaCl, NaClO4, Na2SO4, Na2HPO4) a intensidades iónicas de hasta 8 M.

Principales resultados:

• A 8 M NaClO4, la interfaz consiste en aproximadamente la mitad de una monocapa de iones y la mitad de una monocapa de moléculas de agua.
• Las moléculas de agua con alta fuerza iónica cambian su orientación de "protones a la superficie" a "oxígeno a la superficie".
• La relación entre el agua interfacial y el total de iones es significativamente menor (diez veces) que en las soluciones a granel con altas intensidades iónicas.
• La energía libre de Helmholtz de la perturbación del agua aumenta abruptamente de ~0 kJ mol-1 por debajo de 2 M a 10 kJ mol-1 a una fuerza iónica de 8 M.

Conclusiones:

• El estudio proporciona información cuantitativa sobre la estructura interfacial bajo condiciones iónicas extremas.
• La reorientación del agua observada sugiere una transición hacia una interfaz deshidratada a altas intensidades iónicas.
• Los resultados indican una posible transición similar a Kirkwood que rige el comportamiento del agua interfacial.