Líquido + líquido = sólido

Con resolución atómica en la interfase entre dos líquidos que no se mezclan entre sí, un equipo internacional de científicos ha investigado sus procesos químicos, y ha hecho un importante descubrimiento. Durante un experimento llevado a cabo en DESY, se observó la formación de un cristal ordenado de exactamente cinco capas atómicas entre los dos líquidos, la que actúa como una base para el crecimiento de cristales incluso más grandes. El descubrimiento podría dar lugar a nuevos semiconductores y procesos para la producción de nano-partículas.

Ilustración de la nano-capa en la interfase líquida entre la solución salina y el mercurio. Los físicos de la Universidad de Kiel han descubierto la formación de un cristal ordenado de exactamente cinco capas atómicas entre los dos líquidos. Copyright / Imagen: CAU

Todo el mundo sabe que el aceite y el agua no se mezclan. Sin embargo, la forma en que a escala atómica se comporta la interfase entre dos líquidos inmiscibles es casi completamente desconocida, ya que no se puede investigar con la mayoría de los métodos modernos de la ciencia de superficies. Para resolver esta última pieza del rompecabezas, un equipo de investigación utilizó los rayos X luminosos en el acelerador DESY de PETRA III.
El fin de los investigadores era averiguar lo que ocurre durante el crecimiento químico en las interfases líquidas. Para ello, investigaron el mercurio en una solución de sal que contiene flúor, bromo y iones de plomo, con lo que obtuvieron un resultado sorprendente: aunque las moléculas en ambos líquidos estaban desordenadas, en la interfase se formó una capa delgada de orden cristalino, de unos cuantos nanómetros de grosor – de la diezmilésima parte del grosor de un cabello humano. “Nuestros datos de rayos X muestran que esta capa consiste en una capa atómica de flúor entre dos capas de plomo y bromo”, explica Annika Elsen, quien acaba de recibir su doctorado por este trabajo. “Posteriormente, los cristales más grandes crecen perfectamente alineados en la parte superior de esta nano-capa de cristal”.
El orden atómico que se desarrolla en estas interfases líquidas desordenadas no sólo es de interés fundamental para la ciencia, sino que también lo es para una serie de procesos químicos para la producción de materiales y nanopartículas.
Otros desarrollos de estos procesos podrían ayudar a reducir los elevados costos de energía en la producción de células solares.
Los resultados se publican en la revista Proceedings of the National Academy of Science.
Fuente: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel