Propiedades interfaciales del líquido iónico [bmim][triflate] en un rango amplio de temperaturas

Abstract

We carry out Molecular Dynamics simulations of the liquid / vacuum equilibrium of the ionic liquid [bmim] [triflate] in a wide range of temperatures (323.15K - 573.15 K), they show liquid phases with high densities, even at a temperature close to its decomposition temperature. The behavior of density and surface tension is linear in this wide range of temperatures, an extrapolation of what happens with these systems at low temperatures, where these properties have been experimentally measured. The interfacial region shows peaks of adsorption of the ions with an ordering of them, with the alkyl chains of the [bmim] cations pointing out of the liquid, with concentrations in the interface between 4.00 and 3.33 [bmim] cations per nm2 for temperatures of 373.15 and 573.15 K, respectively, and with a tailing angle of the chains that becomes righter at higher temperatures. Alkyl chains are part of the outermost interfacial region, where intra- and intermolecular tangential forces are in equilibrium, so they do not contribute to the total surface tension. Unlike simpler organic liquids, the surface tension is composed of positive normal contributions of the intermolecular interactions, almost in equilibrium with negative normal contributions of the intramolecular interactions, mainly of vibrations of the distance and the angle of valence. The pressure profiles show that the molecules are in "crushed" conformations internally in the liquid in bulk, and even more so in the normal direction at the interface.

Llevamos a cabo simulaciones de Dinámica Molecular del equilibrio líquido/vacío del líquido iónico [bmim][triflate] en un amplio rango de temperaturas (323.15K – 573.15 K), muestran fases liquidas con densidades altas, aun a una temperatura cercana a su temperatura descomposición. El comportamiento de la densidad y la tensión superficial es lineal en este rango amplio de temperaturas, de forma extrapolada a lo que ocurre con estos sistemas a temperaturas bajas, donde estas propiedades han sido medidas experimentalmente. La región interfacial muestra picos de adsorción de los iones con un ordenamiento de los mismos, con las cadenas alquílicas de los cationes [bmim] apuntando hacia fuera del líquido, con concentraciones en la interfase entre 4 y 3.33 iones [bmim] por nm2 a temperaturas entre 373.15 y 573.15 K, respectivamente, y con un ángulo de inclinación de las cadenas que se hace más recto a temperaturas más altas. Las cadenas alquílicas forman parte de la región interfacial mas externa, donde las fuerzas tangenciales intra- e intermoleculares están en equilibrio, por lo que no contribuyen a la tensión superficial total. A diferencia de líquidos orgánicos más simples, la tensión superficial está compuesta por contribuciones normales positivas de las interacciones intermoleculares, casi en equilibrio con contribuciones normales negativas de las interacciones intramoleculares, principalmente de vibraciones de la distancia y el ángulo de valencia. Los perfiles de presión muestran que las moléculas se encuentran en conformaciones “aplastadas” internamente en el líquido en bulto, y más aún en la dirección normal en la interfase.