De las baterías a la biología, Los líquidos que contienen sal son vitales para un rendimiento continuo. Comprender con precisión el comportamiento de estos líquidos se basa en representar correctamente las estructuras moleculares que forman. Dr. Marcel Baer, Dr. Timothy Duignan, y el Dr. Christopher Mundy del Pacific Northwest National Laboratory determinaron que la estructura precisa de un par de iones aislados en el agua informa con precisión cómo se comportará una solución completa.

"Esta estructura local precisa es la pieza importante para relacionar lo microscópico con lo macroscópico, o propiedades intrínsecas de los iones en solución a propiedades colectivas, "dijo Mundy, quien dirigió los estudios en PNNL.

Al integrar cálculos y experimentos en torno a dos iones que forman un par de iones de sal, el equipo puede comprender la naturaleza colectiva de la solución. A saber, el equipo puede comprender las estadísticas de agrupamiento en lo que respecta al comportamiento específico de los iones a diferentes concentraciones, que se mide por el coeficiente osmótico. Específicamente, ¿El electrolito se forma en grupos o permanece como iones aislados en diferentes concentraciones?

El comportamiento y la especiación de los electrolitos influye en todo, desde su uso como electrolitos de batería hasta su comportamiento en residuos nucleares complejos. Al comprender cómo las propiedades individuales de los iones informan su comportamiento colectivo, los científicos pueden determinar cómo adaptar la concentración y el tipo de electrolito para aplicaciones específicas.

El equipo examinó cómo la estructura molecular correcta influye en la termodinámica de la solución. Determinaron la estructura a través de mediciones de estructura fina de absorción de rayos X extendida y simulación molecular basada en la mecánica cuántica. El trabajo del equipo demuestra que es posible predecir el grado en que los iones se emparejan en la solución (llamada actividad) mediante el uso de descripciones precisas del ion-agua local, e interacciones ion-ion.

En un artículo de revisión invitado concurrente con el Dr. Tim Duignan, el equipo demostró cómo conseguir el emparejamiento correcto con cálculos de alto nivel. Los resultados proporcionan el detalle molecular necesario para mejorar las teorías macroscópicas de solvatación de iones.