Embora cargas opostas sempre se atraiam, eles nem sempre interagem tão intimamente quanto possível. Em um novo estudo, os pesquisadores usaram uma combinação de simulações moleculares e experimentos para demonstrar os efeitos da mudança sutil da estrutura de cátions carregados positivamente em compostos feitos de íons. Essas mudanças encorajam os cátions a se alinharem na fase sólida da matéria. Isso diminui alguns tipos de interações potenciais entre cátions e ânions carregados negativamente na fase sólida. Este alinhamento de cátions também diminui o ponto de fusão do composto iônico, frequentemente de forma significativa.

Muitos processos químicos requerem líquidos como solventes para reações químicas, lubrificantes, fluidos de transferência de calor. Os líquidos geralmente evaporam no processo. Isso pode criar emissões perigosas. Compostos iônicos líquidos (líquidos iônicos) oferecem uma solução para este problema porque têm volatilidade muito baixa, o que significa que são menos propensos a vaporizar. Alguns líquidos iônicos são estáveis ​​em altas temperaturas, mas seus pontos de fusão podem ser muito altos para uso prático. Os resultados deste trabalho fornecem aos cientistas um novo conjunto de ferramentas para projetar compostos iônicos com pontos de fusão mais baixos. Esses resultados permitirão aos cientistas projetar compostos iônicos para uso em uma ampla gama de temperaturas e aplicações.

Líquidos iônicos são sais que são líquidos na temperatura em que são usados. Esses líquidos têm uma variedade de usos potenciais em processos ambientalmente benignos. Em particular, líquidos iônicos termicamente estáveis ​​mostram-se promissores como solventes de alta temperatura e fluidos de transferência de calor. Contudo, esses líquidos iônicos podem ter pontos de fusão bem acima da temperatura ambiente. Isso limita sua processabilidade em temperaturas mais baixas. Assim, compreender como reduzir o ponto de fusão desses compostos expandirá seu uso potencial e possibilitará tecnologias que dependem deles.

Os cientistas sabem que as mudanças estruturais, especificamente aqueles que conferem assimetria significativa, diminuir os pontos de fusão de uma ampla variedade de compostos. Essas modificações estruturais não são possíveis, mantendo os compostos termicamente robustos, já que muitas estruturas químicas comuns têm baixa estabilidade térmica. Os pesquisadores mostraram no estudo atual que mudanças estruturais sutis que também aumentam o momento de dipolo do cátion podem reduzir significativamente os pontos de fusão. A simulação computacional fornece uma visão de nível molecular e demonstra que o aumento no momento de dipolo faz com que os cátions se alinhem uns com os outros na fase sólida. Isso, por sua vez, frustra as interações ânion / cátion e aumenta a entalpia de fase sólida (uma medida de calor ou trabalho no sistema). Este aumento na entalpia de fase sólida diminui a entalpia de fusão resultando em pontos de fusão mais baixos. Este estudo fornece uma regra de projeto para reduzir o ponto de fusão de líquidos iônicos estruturalmente semelhantes, alterando seu momento de dipolo.