Por qué las nanopartículas tienen propiedades muy diferentes a los materiales de mayor tamaño

Los materiales de dimensiones próximas al átomo (≤ 100 nm) manifiestan propiedades muy diferentes y de una gran potencialidad. Estas nuevas propiedades se derivan del muy pequeño tamaño de las nanopartículas, muy próximo al tamaño de los átomos (1 – 100 nm) y que provoca en la materia cambios sustanciales.

Las causas de estas diferencias de comportamiento en sus propiedades son principalmente dos:

1. El gran incremento del área de la superficie de la nanopartícula.

2. El confinamiento cuántico de los electrones dentro de la nanopartícula.

Superficie específica de las nanopartículas

Si un cubo de material de lado l, se reduce hasta obtener un nanocubo, su superficie específica (relación entre el área y el volúmen) se hace extremadamente elevada, ya que es invérsamente proporcional al lado de dicho cubo.

superficie específica

Por ejemplo, para tamaños de diferentes partículas, comparado con una bola de baseball

Nanoesferas diámetro (nm) Área superficial (nm²) Volumen (nm³) Relación área superficial/Volumen (nm-1)
10 314 523 0.6
20 1260 4190 0.3
60 11300 113000 0.1
100 31400 523600 0.06
Bola de beisbol 8E-8

 

Incremento del número de átomos en la superficie

La extraordinaria área superficial de las nanopartículas origina una redistribución de los átomos, incrementándose la fracción de átomos que se encuentran en su superficie.

El número de átomos en la superficie crece de forma parabólica, a medida que la nanopartícula es más pequeña. Una nanopartícula de tamaño 1nm tiene más del 90% de sus átomos situados en su superficie.

atomos en superficie según tamaño de la partícula

Variación del % de átomos interiores/átomos en superficie con tamaño de la nanopartícula

 

 

Los átomos situados en la superficie de las nanopartículas son inestables, tienen un mayor nivel energético y las fuerzas con que son atraídos por los átomos situados en el interior de la masa son muy débiles.

En consecuencia, tienen un mayor potencial de reacción, son muy reactivos químicamente teniendo la capacidad de unirse a otros átomos superficiales de otras nanopartículas más próximas (autoensamblado), con velocidades de reacción muy superiores y formando enlaces químicos más fuertes.

Más información en La revolución Nanotecnológica

 

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