Anche se le cariche opposte si attraggono sempre, non sempre interagiscono il più strettamente possibile. In un nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di simulazioni molecolari ed esperimenti per dimostrare gli effetti di una sottile modifica della struttura dei cationi carichi positivamente nei composti costituiti da ioni. Questi cambiamenti incoraggiano i cationi ad allinearsi tra loro nella fase solida della materia. Ciò riduce alcuni tipi di potenziali interazioni tra cationi e anioni caricati negativamente nella fase solida. Questo allineamento cationico diminuisce anche il punto di fusione del composto ionico, spesso in modo significativo.

Molti processi chimici richiedono liquidi come solventi per reazioni chimiche, lubrificanti, fluidi termovettori. I liquidi spesso vaporizzano durante il processo. Questo può creare emissioni pericolose. I composti ionici liquidi (liquidi ionici) offrono una soluzione a questo problema perché hanno una volatilità molto bassa, il che significa che hanno meno probabilità di vaporizzare. Alcuni liquidi ionici sono stabili alle alte temperature, ma i loro punti di fusione possono essere troppo alti per l'uso pratico. I risultati di questo lavoro forniscono agli scienziati una nuova serie di strumenti per progettare composti ionici con punti di fusione più bassi. Questi risultati consentiranno agli scienziati di progettare composti ionici da utilizzare in una gamma più ampia di temperature e applicazioni.

I liquidi ionici sono sali che sono liquidi alla temperatura alla quale vengono utilizzati. Questi liquidi hanno una varietà di potenziali usi in processi rispettosi dell'ambiente. In particolare, i liquidi ionici termicamente stabili sono promettenti come solventi ad alta temperatura e fluidi per il trasferimento di calore. Però, questi liquidi ionici possono avere punti di fusione ben al di sopra della temperatura ambiente. Ciò limita la loro processabilità a temperature più basse. Così, capire come abbassare il punto di fusione di questi composti amplierà il loro potenziale utilizzo e consentirà tecnologie che si basano su di essi.

Gli scienziati sanno che i cambiamenti strutturali, in particolare quelli che impartiscono una significativa asimmetria, diminuire i punti di fusione di un'ampia varietà di composti. Queste modifiche strutturali non sono possibili mantenendo composti termicamente robusti, poiché molte strutture chimiche comuni hanno una bassa stabilità termica. I ricercatori hanno dimostrato in questo studio che sottili cambiamenti strutturali che aumentano anche il momento di dipolo del catione possono abbassare significativamente i punti di fusione. La simulazione computazionale fornisce informazioni a livello molecolare e dimostra che l'aumento del momento di dipolo fa sì che i cationi si allineino tra loro nella fase solida. Questo a sua volta frustra le interazioni anione/catione e aumenta l'entalpia della fase solida (una misura del calore o del lavoro nel sistema). Questo aumento dell'entalpia della fase solida riduce l'entalpia di fusione con conseguente riduzione dei punti di fusione. Questo studio fornisce una regola di progettazione per abbassare il punto di fusione di liquidi ionici strutturalmente simili alterando il loro momento di dipolo.