El dímero de agua consta de dos moléculas de agua unidas libremente por un enlace de hidrógeno . Es el grupo de agua más pequeño . Debido a que es el sistema modelo más simple para estudiar los enlaces de hidrógeno en el agua, ha sido el objetivo de muchos estudios teóricos [1] [2] [3] (y posteriores experimentales) que se le ha llamado un "conejillo de indias teórico". [4]
Estructura y propiedades
La energía de unión ab initio entre las dos moléculas de agua se estima en 5-6 kcal / mol, aunque se han obtenido valores entre 3 y 8 según el método. La energía de disociación medida experimentalmente (incluidos los efectos cuánticos nucleares) de (H 2 O) 2 y (D 2 O) 2 son 3,16 ± 0,03 kcal / mol (13,22 ± 0,12 kJ / mol) [5] y 3,56 ± 0,03 kcal / mol (14,88 ± 0,12 kJ / mol), [6] respectivamente. Los valores concuerdan perfectamente con los cálculos. [7] [8] La distancia OO del estado fundamental vibratorio se mide experimentalmente a ca. 2,98 Å; [9] el enlace de hidrógeno es casi lineal, pero el ángulo con el plano de la molécula aceptora es de unos 57 °. El estado fundamental vibratorio se conoce como el dímero de agua lineal (que se muestra en la figura de la derecha), que es una parte superior casi alargada (es decir, en términos de constantes rotacionales [ aclaración necesaria ] , A> B ≈ C). Otras configuraciones de interés incluyen el dímero cíclico y el dímero bifurcado.
Historia y relevancia
El primer estudio teórico del dímero de agua fue un cálculo ab initio publicado en 1968 por Morokuma y Pedersen. [10] Desde entonces, el dímero de agua ha sido el foco de interés sostenido de los químicos teóricos interesados en los enlaces de hidrógeno; una búsqueda en la base de datos CAS hasta 2006 arroja más de 1100 referencias relacionadas (73 de ellas en 2005). El dímero de agua es un tema muy estudiado en la química física por varias razones. Se cree que el (H 2 O) 2 juega un papel importante en muchos procesos atmosféricos, incluida la formación de lluvia ácida, la absorción del exceso de radiación solar, la condensación de las gotas de agua y las reacciones químicas. Además, se cree que una comprensión completa del dímero de agua juega un papel clave en una comprensión más completa de los enlaces de hidrógeno en las formas líquidas y sólidas del agua.
Referencias
- ^ Buckingham, AD El enlace de hidrógeno y la estructura y propiedades del agua y el dímero de agua. Journal of Molecular Structure 1991 , 250 , 111-18.
- ^ Goldman, N., Leforestier, C. y Saykally, RJ, Water Dimers in the Atmosphere II: Results from the VRT (ASP-W) III Potential Surface, Journal of Physical Chemistry A , 2004 , 108 , p. 787-794.
- ↑ Schütz, M .; Brdarski, S .; Widmark, P.-O .; Lindh, R .; Karlström, G. La energía de interacción del dímero de agua: Convergencia al límite establecido de base en el nivel correlacionado, Journal Chemical Physics, 1997 , 107 , 4597-4605.
- ^ Jeffrey, GA; Introducción a los enlaces de hidrógeno (temas de química física) . Oxford University Press, Estados Unidos (13 de marzo de 1997). ISBN 0-19-509549-9
- ^ Rocher-Casterline, BE; Ch'ng, LC; Mollner, AK; Reisler, H. Journal of Chemical Physics 2011 , 115 , 6903-6909 doi: 10.1063 / 1.3598339
- ^ Ch'ng, LC; Samanta, AK; Czakó, G .; Bowman, JM; Reisler, H. Journal of American Chemical Society 2012 , 134 , 15430 doi: 10.1021 / ja305500x
- ^ Mango, A .; Wang, Y .; Kaledin, A .; Braams, BJ; Arquero. JM Journal of Chemical Physics 2009 , 130 , 144314 doi: 10.1063 / 1.3112403
- ^ Leforestier, C .; Szalewicz, K .; van der Avoird, A. Journal of Chemical Physics 2012 , 137 , 014305 doi: 10.1063 / 1.4722338
- ^ Scheiner, S. Ab initio estudios de enlaces de hidrógeno: el paradigma del dímero de agua. Revisión anual de química física 1994 , 45 , 23-56.
- ^ Morokuma, K .; Pedersen, L. Estudios de orbitales moleculares de enlaces de hidrógeno. Un cálculo ab initio para agua dimérica. Revista de física química 1968 , 48 , 3275-3282.