Van batterijen tot biologie, zouthoudende vloeistoffen zijn essentieel voor blijvende prestaties. Het nauwkeurig begrijpen van het gedrag van deze vloeistoffen is afhankelijk van het correct weergeven van de moleculaire structuren die ze vormen. Dr. Marcel Baer, Dr. Timothy Duignan, en Dr. Christopher Mundy van het Pacific Northwest National Laboratory hebben vastgesteld dat de precieze structuur van een paar ionen geïsoleerd in water nauwkeurig aangeeft hoe een hele oplossing zich zal gedragen.

"Deze nauwkeurige lokale structuur is het belangrijkste onderdeel bij het relateren van het microscopische aan het macroscopische, of intrinsieke eigenschappen van de ionen in oplossing voor collectieve eigenschappen, " zei Mundy, die de studies leidde bij PNNL.

Door berekeningen en experimenten te integreren rond twee ionen die een ionenpaar van zout vormen, het team kan de collectieve aard van de oplossing begrijpen. Namelijk, het team kan de clusteringstatistieken begrijpen omdat deze betrekking hebben op het specifieke gedrag van de ionen bij verschillende concentraties, die wordt gemeten door de osmotische coëfficiënt. specifiek, vormt de elektrolyt in clusters of blijft het als geïsoleerde ionen bij verschillende concentraties?

Het gedrag en de soortvorming van elektrolyten beïnvloeden alles, van hun gebruik als batterijelektrolyten tot hun gedrag in complex kernafval. Door te begrijpen hoe individuele eigenschappen van ionen hun collectieve gedrag beïnvloeden, wetenschappers kunnen bepalen hoe de concentratie en het type elektrolyt kunnen worden aangepast voor specifieke toepassingen.

Het team onderzocht hoe de juiste moleculaire structuur de thermodynamica van de oplossing beïnvloedt. Ze bepaalden de structuur door middel van uitgebreide metingen van de fijne structuur van röntgenabsorptie en moleculaire simulatie op basis van de kwantummechanica. Het werk van het team laat zien dat het mogelijk is om te voorspellen in welke mate ionen in oplossing zijn gekoppeld (activiteit genoemd) door nauwkeurige beschrijvingen van het lokale ion-water te gebruiken, en ion-ion interacties.

In een gelijktijdig uitgenodigd overzichtsartikel met Dr. Tim Duignan, het team demonstreerde hoe de koppeling goed te krijgen met berekeningen op hoog niveau. De resultaten bieden de nodige moleculaire details om macroscopische theorieën over ionsolvatie te verbeteren.