Particulas nanometricas

Formación de partículas nanométricas ormación partículas nanométric icas en soluciones sobresaturadas

CARLOS LUNA CRIADO*, RAQUEL MENDOZA RESÉNDEZ**

na de las aventuras más desafiantes de la ciencia moderna, y de mayor relevancia tecnológica, es la exploración y comprensión de los fenómenos asociados a los materiales cuando sus dimensiones se encuentran dentro del rango de unos pocosnanómetros. Dicho estudio ofrece una oportunidad excepcional de examinar comportamientos cooperativos y efectos cuánticos, de tamaño y de superficie, los cuales aparecen combinados en estos sistemas para dar lugar a propiedades no observadas en otros materiales y que satisfacen muchas exigencias de diversos campos tecnológicos, incluyendo la fotónica, la electrónica, el almacenamiento de energía einformación, el diseño de sensores y la incipiente nanomedicina.1 La producción natural o sintética de estos materiales, y de otras estructuras sofisticadas, puede llevarse a cabo con extraordinaria eficacia mediante su precipitación en soluciones sobresaturadas. Este fenómeno ha sido decisivo para el desarrollo de la vida desde sus orígenes, y la comprensión de sus fundamentos es esencial para elentendimiento de muchos procesos geológicos y bioquímicos, tales como la precipitación de rocas sedimentarias químicas 2 y la biomineralización de magnetosomas, huesos, conchas y caparazones.3

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El gran éxito de esta vía de preparación radica en su sorprendente versatilidad, tanto para generar materiales con infinidad de composiciones y caracteres distintos, como para controlar con precisión lacinética de los procesos involucrados. Estos factores conducen a la producción de materiales cuyas características (uniformidad, tamaño, morfología, composición, estructura interna, fase cristalina, naturaleza de su superficie, estado de agregación, etc.) pueden modificarse para satisfacer los requerimientos específicos de numerosas funciones biológicas y usos fundamentales y prácticos. Sinembargo, a pesar de los logros experimentales alcanzados y del continuo avance en el conocimiento de los principios que originan este fenómeno, algunos aspectos relacionados no se han esclarecido por completo. De este modo, nuestra capacidad de establecer cuáles son los sutiles compromisos entre las condiciones termodinámicamente estables y las circunstancias cinéticamente favorables que originan laformación de cristales nanométricos sigue siendo bastante limitada. A este respecto, la naturaleza nos puede enseñar mucho acerca del control de la
* Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas, UANL. cluna_uanl@hotmail.com ** Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, UANL. mendozaresendez@hotmail.com

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CIENCIA UANL / VOL. XI, No. 3, JULIO - SEPTIEMBRE 2008

CARLOS LUNA CRIADO, RAQUELMENDOZA RESÉNDEZ

nucleación y el crecimiento de cristales, de la adsorción de ligandos y de los procesos de autoensamblaje a escala molecular y supramolecular. En este estudio se revisan los aspectos fundamentales de la formación de partículas nanométricas en soluciones sobresaturadas, tomando en consideración la aproximación a este fenómeno dada por la teoría clásica de la nucleación homogénea.Asimismo, se muestran algunos de los resultados obtenidos recientemente en la preparación de nanopartículas cristalinas a modo de ejemplos ilustrativos. Precipitación en soluciones homogéneas y la teoría clásica de la nucleación Para caracterizar el nivel de sobresaturación de una solución, resulta conveniente introducir el parámetro adimensional β=a/a0, definido como la actividad real del soluto ysu actividad en el equilibrio en la solución. Para soluciones suficientemente diluidas, a y a0 pueden sustituirse en esta relación por la concentración del soluto, C, y la concentración crítica de solubilidad del sistema, CSol, de modo que β=C/CSol. Si β=1, diremos que la solución ha alcanzado su saturación, y si β>1, diremos que la solución está sobresaturada. La sobresaturación de una solución...