Agua y acetatos, juntos pero no revueltos

Zacatecas, Zac.-Así como ocurre con el agua y el aceite, dos componentes líquidos que no se pueden disolver homogéneamente por más que se agiten, lo mismo ocurre con el agua y los acetatos en determinadas concentraciones, fenómeno conocido como inmiscibilidad. Existen concentraciones en las que macroscópicamente y a simple vista parece que los dos han logrado mezclarse completamente, pero si se mira microscópicamente la superficie de la disolución se observa que no es así debido a la mayor concentración de acetatos en la superficie, fenómeno conocido como adsorción.
Carolina Bermúdez Salguero abordó en su tema de tesis de doctorado la constitución de la interfase líquido–vapor de sistemas binarios acuosos de acetatos con miscibilidad parcial, en el intervalo de composición previo al equilibrio líquido–líquido con el objetivo de comprender a nivel molecular el proceso de segregación de fases, en el que generalmente no se toma en cuenta la interfase líquido-vapor.“Se trató de un proyecto de investigación básica, mientras más se conozca la estructura y composición de la superficie, en un futuro se podrían controlar esas propiedades e imaginar ensamblados moleculares funcionales en algún tipo de aplicación, por ejemplo, en productos de limpieza o en pinturas y recubrimientos, así como productos farmacéuticos”, comentó la especialista en físicoquímica de superficies.
Con su trabajo, la doctora en ciencias químicas por la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México pretendía demostrar la segregación de fases en la superficie de las mezclas líquidas, esto visualmente se puede representar como si a nivel microscópico se observaran gotas de grasa sobre la superficie del agua que no lograron solubilizarse.
Para ello, implementó una prueba de estabilidad termodinámica de la superficie de las mezclas de agua con los acetatos de cadena corta metilo, etilo, butilo y propilo, muy usados en la industria de las lacas, barnices, fragancias y saborizantes. Las predicciones termodinámicas de la constitución de la superficie se confirmaron con observaciones experimentales mediante Microscopía de Ángulo de Brewster (BAM, por sus siglas en inglés), cuya ventaja frente a otras técnicas es que las muestras se pueden analizar sin necesidad de congelar el material, recubrirlo o tener condiciones de vacío.

Además, se realizaron simulaciones computacionales, llamadas simulaciones de Dinámica Molecular (MDS, por sus siglas en inglés), para tener una imagen a nivel microscópico de cómo se distribuyen las moléculas entre el seno de la disolución y la superficie al formar la disolución, cómo interactúan los acetatos con el agua y cómo se forman los dominios de acetatos en la superficie de la mezcla antes de que macroscópicamente se vean dos fases líquidas.
Entre los hallazgos de Carolina Bermúdez se encuentran que “la segregación de fases se inicia en la superficie de la disolución, es decir, en la interfase líquido-vapor antes de que se manifieste de forma volumétrica. También cuantificamos la concentración de soluto (acetato) en la superficie, que es mayor que en el seno de la disolución. Esta mayor concentración de la superficie es lo que desde un principio nos condujo a la hipótesis de que la segregación de fase se tiene que dar primero en la superficie”.
También ha demostrado que esos dominios de acetato o de solvente orgánico son resultado de interacciones atractivas de las moléculas de estos acetatos en la superficie y que el fenómeno de adsorción prevalece significativamente sobre el de solubilización.
Por su tesis “Segregación en la interfase líquido-vapor. Sistemas binarios acuosos de acetatos con miscibilidad parcial”, Carolina Bermúdez Salguero obtuvo el Premio Weizmann 2015, en el área de ciencias exactas que otorgan la Academia Mexicana de Ciencias y la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias.

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