BR112017022815B1

BR112017022815B1 - Composto químico balanceado de forma estequiométrica

Info

Publication number: BR112017022815B1
Application number: BR112017022815-7A
Authority: BR
Inventors: Lawrence Carlson; Timothy Hoel; Lawrence Adloff; Steven Wurzburger
Original assignee: Lawrence Carlson; Timothy Hoel; Lawrence Adloff; Steven Wurzburger
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2022-07-26
Also published as: US20160312093A1; JP2022046733A; US20200043670A1; KR20180100279A; IL255190B; EP3286137A1; US20230274889A1; IL255190A0; US10446327B2; WO2016172687A1; EP3286137A4; HK1251543A1; CA2983462A1; US20200043669A1; JP2018522811A; JP2023123853A; AU2016253027A1; US11631547B2; BR112017022815A2; US11817274B2

Abstract

MATERIAL DE ELETRÓLITO ESTÁVEL E MATERIAL SOLVENTE CONTENDO O MESMO. Uma composição de matéria com a seguinte estrutura química: [(Hx O(x-1)))/2]Zy, em que x é um número inteiro ímpar maior ou igual a 3; y é um número inteiro entre 1 e 20; e Z é um de um íon monoatômico de Grupos 14 a 17 com um valor de carga entre -1 e -3 ou um íon poliatômico com uma carga entre -1 e -3.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisório Norte-Americano No. 62/152,009, depositado em 23 de abril de 2015.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se a composições de matéria que podem ser incorporadas em várias soluções aquosas tornando a solução resultante tanto ácida quanto básica, dependendo da composição da solução inicial.

[003] Tem sido um fato científico longamente aceito que, com base nas leis da termodinâmica, a energia interna de um sistema fechado é estável quando os dois tipos de cargas diferentes, isto é, moles de cátions carregados positivamente (+) e moles de ânions carregados negativamente (-), são equilibrados em carga de forma estequiométrica; obtendo-se uma solução aquosa neutra de carga estável. Tem sido amplamente difundido que tipos de carga eletrostática em uma solução neutra terão necessariamente cargas eletrostáticas positivas (+) equilibradas por um número igual de cargas eletrostáticas negativas (-). No entanto, estudos efetuados em soluções aquosas ácidas indicam que várias soluções podem processar e exceder de íons de prótons de ácido.

[004] Este fenômeno suporta a conclusão de que as moléculas de água são eficazes na estabilização das cargas desequilibradas presentes em solução. Acredita-se que as moléculas de água presentes em uma solução aquosa estabilizam todas as cargas desequilibradas, e rendem uma solução equilibrada de carga. Os resultados estão em conformidade com as leis da termodinâmica, e apontam para a presença de um novo tipo de nucleófilo de balanceamento de carga composto de elétrons de par solitário de moléculas de água.

[005] Embora a presença de cargas desequilibradas ter sido posta em hipótese, várias espécies de moléculas de água podem existir em estados transitórios. Acredita-se que as formas estáveis de moléculas de água complexas teriam características e propriedades desejáveis, se estas pudessem ser identificadas e produzidas. Assim, seria desejável produzir um material eletrólito estável que poderia ser empregue independentemente ou utilizado em um material de solução.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[006] É descrita no presente documento uma composição de matéria possuindo a seguinte estrutura química:

em que x é um número inteiro ímpar 3; y é um número inteiro entre 1 e 20; e Z é um íon poliatômico ou um íon monatômico.

[007] Também é descrita uma solução que é composta pelo composto:

em que x é um número inteiro ímpar 3; y é um número inteiro entre 1 e 20; e Z é um íon poliatômico ou íon monoatômico; em que pelo menos uma porção da composição química está presente como H9O4+ em combinação coordenada com H9O4+:SO4H e ligantes de ponte funcionais contendo aglomerados de hidrônio estáveis (H3O+).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[008] É aqui divulgado um eletrólito novo que pode ser empregue em soluções aquosas, que é amplamente construído como um complexo derivado de íon oxônio. Tal como aqui definido, “complexos de íons de oxônio” são genericamente definidos como cátions de oxigênio positivos tendo pelo menos uma ligação de oxigênio trivalente. Em certas modalidades, o cátion de oxigênio existirá em solução aquosa como uma população predominantemente composta por um, dois e três cátions de oxigênio ligados trivalentemente, presentes como uma mistura dos cátions acima referidos, ou como material tendo apenas um, dois ou três cátions de oxigênio trivalentemente ligados. Exemplos não-limitativos de íons de oxônio tendo cátions de oxigênio trivalentes podem incluir pelo menos um de íons de hidrônio.

[009] É considerado que em certas modalidades o cátion de oxigênio existirá em solução aquosa sob a forma de uma população predominantemente composta por um, dois e três ânions de oxigênio trivalentemente ligados presentes como uma mistura dos ânions acima referidos, ou como material tendo apenas um, dois ou três ânions de oxigênio ligados trivalentemente.

[010] Quando a composição de matéria tal como aqui descrita é misturada com um solvente, tal como um solvente aquoso ou orgânico, a composição resultante é uma solução que pode ser composta por íons de hidrônio, complexos de íons de hidrônio e misturas dos mesmos. Materiais catiônicos adequados também podem ser referidos como complexos de íon de hidroxônio. A composição de matéria, e soluções que contenham a mesma podem ter utilidade em várias aplicações em que os valores de pH baixos são desejáveis. Os compostos e materiais aqui descritos podem também ter aplicabilidade em uma variedade de situações não limitadas a determinadas aplicações de limpeza e desinfetantes.

[011] Tem sido teorizado que quantidades traços extremas de hidrônio catiônico podem formar-se espontaneamente em água, a partir de moléculas de água na presença de íons de hidrogênio. Sem estar ligado a qualquer teoria, acredita-se que íons de hidrônio que ocorrem naturalmente são extremamente raros. A concentração de íons de hidrônio que ocorrem naturalmente em água é estimada como sendo não mais do que 1 em 480.000.000. Se eles ocorrem de qualquer modo, os compostos de íon de hidrônio são extremamente instáveis. Teoriza-se também que íons de hidrônio que ocorrem naturalmente são espécies instáveis transientes com tempos de vida tipicamente na faixa de nano segundos. Espécies de íons de hidrônio que ocorrem naturalmente são reativas e são facilmente solvatadas por água e, como tal, estes íons de hidrônio (hídrons) não existem em um estado livre.

[012] Quando introduzido em água pura, o material de hidrônio estável aqui divulgado é um que permanecerá identificável. Acredita-se que o material de hidrônio estável aqui divulgado pode complexar com moléculas de água para formar gaiolas de hidratação de várias geometrias, exemplos não limitativos dos quais serão descritos em maiores detalhes posteriormente. O material eletrólito estável como aqui divulgado, quando introduzido em um solvente polar, tal como uma solução aquosa, é estável e pode ser isolado a partir do solvente associado como desejado ou necessário.

[013] Os ácidos orgânicos e inorgânicos fortes convencionais, tais como aqueles que possuem um valor de pKa 1,74, quando adicionados à água, se ionizarão totalmente na solução aquosa. Os íons então gerados protonarão as moléculas de água existentes para formar H3O+ e aglomerados associados estáveis. Os ácidos mais fracos, tais como os que têm um pKa < 1,74, quando adicionados à água, alcançarão menos ionização completa em solução aquosa, mas podem ter utilidade em certas aplicações. Assim, é contemplado que o material ácido empregue para produzir o material eletrólito estável pode ser uma combinação de um ou mais ácidos. Em certas modalidades, o material ácido incluirá pelo menos um ácido tendo um pKa maior do que ou igual a 1,74, em combinação com ácido(s) mais fracos(s).

[014] Na presente descrição, verificou-se inesperadamente que o material eletrólito de hidrônio estável tal como aqui definido, quando adicionado a uma solução aquosa, produzirá um solvente polar e fornecerá um pKa eficaz, que é dependente da quantidade de material eletrólito de hidrônio estável adicionado à solução independente correspondente da concentração de íons de hidrogênio originalmente presente naquela solução. A solução resultante pode funcionar como um solvente polar, e pode ter um pKa eficaz entre 0 e 5 em certas aplicações, quando o pH da solução inicial antes da adição do material de hidrônio estável está entre 6 e 8.

[015] É também contemplado que o material eletrólito estável tal como aqui descrito pode ser adicionado a soluções tendo um pH inicial na faixa alcalina, por exemplo, entre 8 e 12 para ajustar eficazmente o pH no solvente resultante e/ou o pKa eficaz ou real da solução resultante. A adição do material eletrólito estável tal como aqui descrito pode ser adicionada a uma solução alcalina sem propriedades reativas perceptíveis incluindo, mas não se limitando a, exotermicidade, oxidação ou outros semelhantes.

[016] A acidez de íons de hidrônio teóricos existentes na água como resultado da auto-dissociação aquosa é o padrão implícito utilizado para julgar a força de um ácido em água. Ácidos fortes são considerados doadores de prótons melhores do que o material de íon de hidrônio teórico, de outro modo, uma porção significativa do ácido existiria em um estado não ionizado. Como indicado anteriormente, os íons de hidrônio teóricos derivados da auto-dissociação aquosa são instáveis como uma espécie, aleatórios em ocorrência, e acreditados que existem, se em tudo, na concentração extrema baixa na solução aquosa associada. Geralmente, os íons de hidrônio em solução aquosa estão presentes em concentrações entre menos do que 1 em 480.000.000 e podem ser isolados, se em tudo, a partir da solução aquosa nativa através da síntese orgânica da fase sólida ou líquida como monômeros ligados a uma solução de superácido em estruturas, tais como HF-SbF5SO2. Tais materiais podem ser isolados apenas em concentração extremamente baixa e se decompõem prontamente mediante isolamento.

[017] Em contraste, o material de hidrônio estável como aqui descrito, proporciona uma fonte de íons de hidrônio concentrados que são duradouros e podem ser subsequentemente isolados a partir da solução, se desejado ou necessário.

[018] Em certas modalidades, a composição de matéria, tem a seguinte estrutura química:

em que x é um número inteiro ímpar entre 3-11; y é um número inteiro entre 1 e 10; e Z é um íon poliatômico ou monatômico.

[019] O íon poliatômico Z pode ser um íon que é derivado de um ácido que tem a capacidade de doar um ou mais prótons. O ácido associado pode ser um que tem um valor de pKa 1,7 a 23°C. O íon Z poliatômico empregue pode ser um que tem uma carga de +2 ou superior. Exemplos não limitativos de tais íons poliatômicos incluem íons de sulfato, íons de carbonato, íons de fosfato, íons de oxalato, íons de cromato, íons de dicromato, íons de pirofosfato, e misturas dos mesmos. Em certas modalidades, está contemplado que o íon poliatômico pode ser derivado a partir de misturas que incluem íons poliatômicos que incluem íons derivados de ácidos com valores de pKa de 1,7.

[020] O material do eletrólito estável como aqui divulgado é estável à temperatura e pressão padrão, e pode existir na forma de um líquido oleoso. O material eletrólito estável pode ser adicionado à água ou outro solvente polar para produzir uma solução polar que contém uma concentração eficaz de íons de hidrônio estável que é maior do que 1 parte por milhão. Em certas modalidades, o material eletrólito estável tal como aqui descrito pode fornecer uma concentração eficaz de material de íon de hidrônio estável que é maior do que entre 10 e 100 partes por milhão quando misturado com um solvente aquoso ou orgânico apropriado.

[021] Foi verificado, bastante inesperadamente, que os complexos de íons de hidrônio presentes na solução, como um resultado da adição do material eletrólito estável aqui divulgado, alteram a funcionalidade ácida do material solvente resultante sem uma alteração concomitante na relação de ácido livre para ácido total. A alteração na funcionalidade ácida pode incluir características tais como a mudança no pH medido, alterações na relação de ácido livre em relação ao total, mudanças na gravidade e reologia específica. Alterações na saída espectral e de cromatografia também são observadas em comparação com os materiais de ácido incumbentes utilizados na produção do material eletrólito estável contendo o complexo de íons de hidrônio inicial. A adição do material eletrólito estável, como aqui revelada, resulta em mudanças no pKa que não se correlacionam com as alterações observadas na relação de ácido livre em relação ao total.

[022] Assim, a adição do material eletrólito de hidrônio estável tal como aqui divulgado para uma solução aquosa tendo um pH inicial entre 6 e 8 resulta em uma solução tendo um pKa eficaz entre 0 a 5. É também para ser compreendido que o pKa da solução resultante pode exibir um valor inferior a zero quando, como medido por um eletrodo de calomelano, sonda específica de íons ORP. Tal como aqui utilizado, o termo “pKa eficaz” é uma medida da concentração do íon de hidrônio disponível total presente no solvente resultante. Assim, é possível que o pH e/ou pKa associados de um material quando medidos, possam ter um valor numérico representado entre -3 e 7.

[023] Tipicamente, o pH de uma solução é uma medida da sua concentração de prótons, ou como a proporção inversa do radical -OH. Acredita-se que o material eletrólito estável, como aqui divulgado, quando introduzido em uma solução polar, facilita a coordenação pelo menos parcial de prótons de hidrogênio com o material eletrólito de íons de hidrônio e/ou a sua estrutura ou gaiola associada. Como tal, o material eletrólito estável de íon de hidrônio introduzido existe em um estado que permite a funcionalidade seletiva do hidrogênio introduzido associado com o íon hidrogênio.

[024] Mais especificamente, o material de eletrólito estável, tal como aqui descrito, pode ter a fórmula geral em certas modalidades:

x é e número inteiro ímpar 3; y é um número inteiro entre 1 e 20; e Z é um de um íon monoatômico dos Grupos 14 até 17, tendo uma carga entre -1 e -3, ou um íon poliatômico tendo uma carga entre -1 e -3.

[025] Na composição da matéria como aqui divulgada, os constituintes monatômicos que podem ser empregues como Z incluem haletos do Grupo 17 tais como fluoreto, cloreto, iodeto e brometo; materiais do Grupo 15, tais como nitretos e fosfetos, e materiais do Grupo 16, tais como óxidos e sulfetos. Os constituintes poliatômicos incluem carbonato, hidrogenocarbonato, cromato, cianeto, nitreto, nitrato, permanganato, fosfato, sulfato, sulfito, clorito, perclorato, bromidrato, brometo, bromato, iodeto, sulfato de hidrogênio, sulfito de hidrogênio. Está contemplado que a composição da matéria pode ser composta de apenas um dos materiais listados acima ou pode ser uma combinação de um ou mais dos compostos listados.

[026] Está também contemplado que, em certas modalidades, x é um número inteiro entre 3 e 9, sendo x um número inteiro entre 3 e 6, em algumas modalidades.

[027] Em certas modalidades, y é um número inteiro entre 1 e 10; enquanto que em outras modalidades y é um número inteiro entre 1 e 5.

[028] A composição de matéria tal como aqui descrita pode ter a fórmula seguinte, em certas modalidades:

x é e número inteiro ímpar entre 3 e 12; y é um número inteiro entre 1 e 20; e Z é um de um grupo de 14 até 17 íons monoatômicos, tendo uma carga entre -1 e -3 ou um íon poliatômico tendo uma carga entre -1 e -3, conforme descrito acima, algumas modalidades tendo x entre 3 e 9, e y sendo um número inteiro entre 1 e 5.

[029] Considera-se que a composição de matéria existe como uma distribuição isomérica, na qual o valor de x é uma distribuição média dos números inteiros maiores do que 3 números inteiros que favorecem entre 3 e 10.

[030] A composição de matéria tal como aqui descrita, pode ser formada pela adição de um hidróxido inorgânico apropriado para um ácido inorgânico adequado. O ácido inorgânico pode ter uma densidade entre 22° e 70° Baumé; com gravidades específicas entre cerca de 1,18 e 1,93. Em certas modalidades, está contemplado que o ácido inorgânico terá uma densidade entre 50° e 67° Baumé; com gravidades específicas entre 1,53 e 1,85. O ácido inorgânico pode ser um ácido monoatômico ou um ácido poliatômico.

[031] O ácido inorgânico utilizado pode ser homogêneo, ou pode ser uma mistura de vários compostos de ácido que caiam dentro dos parâmetros definidos. Está também contemplado que o ácido pode ser uma mistura que inclui um ou mais compostos ácidos que não se enquadram nos parâmetros contemplados, mas em combinação com outros materiais proporcionarão um valor médio de composição ácida na faixa especificada. O ácido inorgânico ou ácidos utilizados podem ser de qualquer grau ou pureza adequada. Em certos casos, a classe da tecnologia e/ou o material de qualidade alimentar pode ser empregue com sucesso em várias aplicações.

[032] Na preparação do material eletrólito estável como aqui descrito, o ácido inorgânico pode ser contido em qualquer recipiente de reação adequado na forma líquida, em qualquer volume adequado. Em diversas modalidades, é contemplado que o recipiente de reação pode ser o béquer não reativo de volume adequado. O volume de ácido empregue pode ser tão pequeno quanto 50 mL. Os volumes maiores até e incluindo 5000 galões ou mais também são considerados dentro do âmbito desta divulgação.

[033] O ácido inorgânico pode ser mantido no recipiente de reação a uma temperatura adequada, tal como uma temperatura de, ou em torno do ambiente. Está dentro do âmbito da presente descrição manter o ácido inorgânico inicial em uma faixa entre aproximadamente 23° e cerca de 70°C. No entanto, temperaturas mais baixas na faixa de 15° e cerca de 40°C também podem ser empregues.

[034] O ácido inorgânico é agitado por meios adequados para conferir energia mecânica em uma faixa entre aproximadamente 0,5 HP e 3 HP, com níveis de agitação que confiram energia mecânica entre 1 e 2,5 HP sendo empregues em certas aplicações do processo. A agitação pode ser transmitida por uma variedade de meios mecânicos adequados, incluindo, mas não se limitando a, servodrive DC, impulsor elétrico, agitador magnético, indutor químico, e semelhantes.

[035] A agitação pode iniciar-se em um intervalo imediatamente antes da adição de hidróxido, e pode continuar por um intervalo durante, pelo menos, uma porção da etapa de introdução de hidróxido.

[036] No processo, tal como aqui divulgado, o material de ácido de escolha pode ser um ácido concentrado com uma molaridade média (M) de pelo menos 7 ou acima. Em certas modalidades, a molaridade média será de pelo menos 10 ou superior; com uma molaridade média entre 7 e 10 sendo úteis em certas aplicações. O material ácido de escolha empregue pode existir como um líquido puro, uma suspensão líquida ou como uma solução aquosa de ácido dissolvido em forma essencialmente concentrada.

[037] Os materiais de ácido adequados podem ser quer materiais aquosos ou não aquosos. Exemplos não limitativos de materiais de ácidos adequados podem incluir um ou mais dos seguintes: ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido clórico, ácido perclórico, ácido crômico, ácido sulfúrico, ácido permanganoico, ácido cianídrico, ácido brômico, ácido bromídrico, ácido fluorídrico, ácido iódico, ácido fluobórico, ácido fluossilícico, ácido fluotitânico.

[038] Em certas modalidades, o volume definido de um ácido forte concentrado líquido pode ser ácido sulfúrico com uma gravidade específica entre 55° e 67° Baumé. Este material pode ser colocado no recipiente de reação e agitado mecanicamente a uma temperatura entre 16° e 70°C.

[039] Em certas aplicações específicas do método divulgado, uma quantidade medida, definida de material de hidróxido adequado pode ser adicionada a um ácido de agitação, tal como ácido sulfúrico concentrado, que está presente no recipiente não reativo em uma quantidade medida, definida. A quantidade de hidróxido que é adicionada será a suficiente para produzir um material sólido que está presente na composição como um precipitado e/ou sólidos em suspensão ou suspensão coloidal. O material de hidróxido utilizado pode ser um hidróxido inorgânico solúvel em água parcialmente, ou solúvel em água. Os hidróxidos parcialmente solúveis em água utilizados no processo tal como aqui divulgado serão geralmente aqueles que apresentam miscibilidade com o material de ácido ao qual eles são adicionados. Exemplos não limitantes de hidróxidos inorgânicos parcialmente solúveis em água adequados serão aqueles que apresentam pelo menos 50% de miscibilidade no ácido associado. O hidróxido inorgânico pode ser anidro ou hidratado.

[040] Exemplos não limitativos de hidróxidos inorgânicos solúveis em água incluem hidróxidos de metais alcalinos solúveis em água, hidróxidos de metais alcalino-terrosos e hidróxidos de terras raras; quer sozinhos ou em combinação uns com os outros. Outros hidróxidos também são considerados dentro do âmbito desta divulgação. “Solubilidade em água” tal como o termo é definido em conjunto com o material de hidróxido que vai ser empregue é definido um material que apresenta características de dissolução de 75% ou mais em água, a temperatura e pressão padrão. O hidróxido que é utilizado tipicamente é um material líquido que pode ser introduzido no material ácido. O hidróxido pode ser introduzido como uma verdadeira solução, uma suspensão ou uma pasta fluida supersaturada. Em certas modalidades, é contemplado que a concentração do hidróxido inorgânico em solução aquosa pode ser dependente da concentração do ácido associado ao qual ele é introduzido. Exemplos não limitativos de concentrações adequadas para o material de hidróxido são concentrações de hidróxido maiores do que 5 a 50% de um material de 5 moles.

[041] Os materiais de hidróxido adequados incluem, mas não estão limitados a hidróxido de lítio, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de amônio, hidróxido de cálcio, hidróxido de estrôncio, hidróxido de bário, hidróxido de magnésio, e/ou hidróxido de prata. As soluções de hidróxido inorgânico quando empregues podem ter concentração de hidróxido inorgânico entre 5 e 50% de um material de 5 moles, com concentração compreendida entre 5 e 20% sendo empregues em determinadas aplicações. O material de hidróxido inorgânico, em certos processos, pode ser hidróxido de cálcio em uma solução aquosa adequada, tal como está presente como cal hidratada.

[042] No processo tal como descrito, o hidróxido inorgânico em forma líquida ou fluida é introduzido no material de ácido de agitação em um ou mais volumes medidos ao longo de um intervalo definido para proporcionar um tempo de ressonância definido. O tempo de ressonância no processo como delineado é considerado o intervalo de tempo necessário para promover e fornecer o ambiente no qual o material de íons de hidrônio como aqui divulgado se desenvolve. O intervalo de tempo de ressonância como empregue no processo tal como aqui descrito é tipicamente entre 12 e 120 horas, com intervalos de tempo de ressonância entre 24 e 72 horas, e incrementos aí sendo utilizados em certas aplicações.

[043] Em várias aplicações do processo, o hidróxido inorgânico é introduzido no ácido à superfície superior do volume de agitação em uma pluralidade de volumes medidos. Tipicamente, a quantidade total de material de hidróxido inorgânico será introduzida como uma pluralidade de porções medidas no intervalo de tempo de ressonância. A adição doseada carregada de frente sendo empregue em muitos casos. “Adição doseada carregada de frente”, como o termo é aqui utilizado, é utilizada para significar a adição do hidróxido de volume total com uma parte maior sendo adicionada durante a parte inicial do tempo de ressonância. Uma percentagem inicial do tempo de ressonância desejado considerada entre os primeiros 25% e 50% do tempo total de ressonância.

[044] É para ser entendido que a proporção de cada volume medido que é adicionado pode ser igual ou pode variar com base em fatores não limitantes, tais como as condições de processo externas, condições de processo IN SITU, as características do material específico, e semelhantes. É contemplado que o número de volumes medidos pode estar entre 3 e 12. O intervalo entre as adições de cada volume doseado pode ser entre 5 e 60 minutos, em certas aplicações do processo tal como divulgado. O intervalo de adição real pode estar entre 60 minutos a cinco horas em certas aplicações.

[045] Em certas aplicações do processo, um volume de 100 ml de peso de 5% por volume de material de hidróxido de cálcio é adicionado a 50 ml de ácido sulfúrico concentrado a 66° Baumé em 5 incrementos medidos de 2 ml por minuto, com ou sem mistura. A adição do material de hidróxido para o ácido sulfúrico produz um material com aumento da turbidez líquida. O aumento da turbidez líquida é indicativo de sólidos de sulfato de cálcio formando como um precipitado. O sulfato de cálcio produzido pode ser removido de uma forma que é coordenada com adição de hidróxido continuada, de modo a proporcionar uma concentração coordenada de sólidos suspensos e dissolvidos.

[046] Sem estar ligado a qualquer teoria, acredita-se que a adição de hidróxido de cálcio ao ácido sulfúrico do modo aqui definido resulta no consumo do próton de hidrogênio inicial, ou prótons associados com o ácido sulfúrico resultante em oxigenação de próton de hidrogênio, tal que o próton em causa não é escapado como gás, como seria esperado, geralmente após a adição de hidróxido. Em vez disso, o próton ou prótons se recombinam com componentes de moléculas de água iônicas presentes no material líquido.

[047] Após o tempo de ressonância adequado tal como definido tenha passado, o material resultante é submetido a um campo magnético não bipolar a um valor superior a 2000 Gauss; com campos magnéticos elevados de 2 milhões de Gauss sendo empregues em determinadas aplicações. Considera-se que um campo magnético entre 10.000 e 2 milhões de Gauss pode ser empregue em determinadas situações. O campo magnético pode ser produzido por diversos meios adequados. Um exemplo não limitativo de um gerador de campo magnético adequado encontra-se no documento US 7,122,269 de Wurzburger, a especificação da qual é aqui incorporada por referência.

[048] O material sólido gerado durante o processo e presente como precipitado ou sólidos em suspensão pode ser removido por qualquer meio adequado. Tais meios de remoção incluem, mas não precisam ser limitados, aos seguintes: gravimétrico, filtração forçada, centrífuga, osmose reversa, e similares.

[049] A composição de eletrólito estável da matéria tal como é aqui descrita é um líquido viscoso estável durante a armazenagem que se acredita ser estável durante pelo menos um ano, quando armazenado à temperatura ambiente, e entre 50 a 75% de umidade relativa. A composição de eletrólito estável de matéria pode ser usada limpa em várias aplicações de uso final. A composição de eletrólito estável de matéria pode ter um material molar de 1,87-1,78, que contém de 8 a 9% de moles totais de prótons ácidos que não são carregados equilibrados.

[050] A composição do eletrólito estável de matéria que resulta do processo como aqui divulgado tem molaridade de força de 200 a 150 M, e força de 187 a 178 M em certos casos, quando medida titrêmicamente apesar da coulometria de hidrogênio e através de análise espectral de FFTIR. O material tem uma faixa gravimétrica superior a 1,15; com faixas maiores do que 1,9 polegadas (4,8 cm) em certos casos. O material, quando analisado, é mostrado, para render até 1300 tempos volumétricos de orto-hidrogênio por ml cúbicos contra hidrogênio contido em um mole de água.

[051] Também está contemplado que a composição de matéria, como descrita, pode ser introduzida em um solvente polar adequado, e resultará em uma solução tendo concentração de íons de hidrônio maiores do que 15% em volume. Em algumas aplicações, a concentração de íons de hidrônio pode ser maior do que 25%, e é considerado que a concentração de íons de hidrônio pode estar entre 15 e 50% em volume.

[052] O solvente polar adequado pode ser aquoso, orgânico ou uma mistura de materiais orgânicos e aquosos. Em situações em que o solvente polar inclui componentes orgânicos, é contemplado que o componente orgânico pode incluir, pelo menos, um dos seguintes: álcoois de cadeia curta, saturada e/ou insaturada com menos de 5 átomos de carbono, e/ou ácidos carboxílicos de cadeia curta saturada e insaturada possuindo menos de 5 átomos de carbono. Sempre que o solvente compreende água e solventes orgânicos, é contemplado que a relação de água para solvente estará entre 1:1 e 400:1, água para solvente, respectivamente. Exemplos não limitativos de solventes apropriados incluem vários materiais classificados como solventes polares próticos, tais como água, ácido acético, metanol, etanol, n-propanol, isopropopanol, n-butanol, ácido fórmico e outros semelhantes.

[053] O complexo de íon que está presente no material de solvente, resultante da adição da composição de matéria tal como aí definido é geralmente estável e capaz de funcionar como um doador de oxigênio na presença do ambiente criado para gerar o mesmo. O material pode ter qualquer estrutura adequada, e a solvatação que é geralmente estável e capaz de funcionar como um doador de oxigênio. Modalidades particulares da solução resultante incluirão uma concentração do íon, é representada pela seguinte fórmula:

em que x é um número inteiro ímpar 3.

[054] É contemplado que a versão iônica do composto como aqui descrito, existe em complexos de íons únicos que têm mais do que sete átomos de hidrogênio em cada complexo de íons individual, que são referidos na presente descrição como complexos de íons de hidrônio. Tal como aqui utilizado, o termo “complexo de íon de hidrônio” pode ser largamente definido como o conjunto de moléculas que rodeiam o cátion HXOX-1 +, em que x é um número inteiro maior do que ou igual a 3. O complexo de íons de hidrônio pode incluir pelo menos quatro moléculas de hidrogênio adicionais, e uma proporção estequiométrica de moléculas de oxigênio complexadas aos mesmos como moléculas de água. Assim, a representação em fórmulas de exemplos não limitativos dos complexos de íons de hidrônio que podem ser empregues no processo da presente invenção pode ser representada pela fórmula:

em que x é um inteiro ímpar de 3 ou superior; e y é um número inteiro de 1 a 20, em que y é um número inteiro entre 3 e 9, em certas modalidades.

[055] Em várias modalidades aqui descritas, é contemplado que, pelo menos, uma porção dos complexos de íons de hidrônio existirá como estruturas solvatadas de íons de hidrônio, possuindo a fórmula:

em que x é um número inteiro entre 1 e 4; e y é um número inteiro entre 0 e 2.

[056] Em tais estruturas, um núcleo

é protonado por múltiplas moléculas de H2O. Está contemplado que os complexos de hidrônio presentes na composição da matéria, tal como aqui descrito, podem existir como cátions complexos de Eigen, cátions complexos de Zundel ou misturas dos dois. A estrutura de solvatação de Eigen pode ter o íon hidrônio no centro de uma estrutura de H9O4+ com o complexo de hidrônio sendo fortemente ligado a três moléculas de água vizinhas. O complexo de solvatação de Zundel pode ser um complexo H5O2+, em que o próton é dividido igualmente por duas moléculas de água. Os complexos de solvatação tipicamente existem em equilíbrio entre a estrutura de solvatação de Eigen e estrutura de solvatação de Zundel. Até agora, os respectivos complexos de estrutura de solvatação existiram genericamente em um estado de equilíbrio, o que favorece a estrutura de solvatação de Zundel.

[057] A presente divulgação é baseada, pelo menos em parte, na descoberta inesperada de que os materiais estáveis podem ser produzidos, em que íons de hidrônio existem em um estado de equilíbrio que favorece o complexo de Eigen. A presente divulgação também se baseia na descoberta inesperada de que o aumento da concentração do complexo de Eigen em um fluxo de processo pode fornecer uma classe de novos materiais de oxônio doadores de oxigênio.

[058] O fluxo de processo como aqui divulgado pode ter uma relação de estado de solvatação de Eigen para estado de solvatação de Zundel entre 1,2 para 1 e 15 para 1, em certas modalidades; com relações entre 1,2 para 1 e 5 para 1, em outras modalidades.

[059] O novo material de oxônio doador de oxigênio melhorado como aqui descrito pode ser genericamente descrito como uma solução ácida aquosa termodinamicamente estável que é tamponada com um excesso de íons de prótons. Em certas modalidades, o excesso de íons de prótons pode estar em uma quantidade entre 10% e 50% de excesso de íons de hidrogênio, conforme medido pelo conteúdo de hidrogênio livre.

[060] É contemplado que os complexos de oxônio empregues no processo aqui descrito podem incluir outros materiais utilizados por vários processos. Exemplos não limitativos de processos gerais para a produção de íons de hidrônio hidratados são discutidos na Patente dos Estados Unidos de Número 5,830,838, a especificação da qual é aqui incorporada por referência.

[061] A composição aqui descrita possui a seguinte estrutura química:

em que x é um número inteiro ímpar 3; y é um número inteiro entre 1 e 20; e Z é um íon poliatômico ou monatômico.

[062] O íon poliatômico empregue pode ser um íon derivado de um ácido que tem a capacidade de doar um ou mais prótons. O ácido associado pode ser um que teria valores de pKa 1,7 a 23°C. O íon empregue pode ser um que tem uma carga de +2 ou superior. Exemplos não limitativos de tais íons incluem sulfato, carbonato, fosfato, cromato, dicromato, pirofosfato e misturas dos mesmos. Em certas modalidades, está contemplado que o íon poliatômico pode ser derivado a partir de misturas que incluam misturas de íons poliatômicos que incluem íons derivados de ácidos que possuem valores de pKa 1,7.

[063] Em certas modalidades, a composição de matéria pode ter a seguinte estrutura química:

[064] O íon poliatômico pode ser derivado a partir de um íon derivado de um ácido que tem a capacidade de doar em ou mais prótons. O ácido associado pode ser um que teria um valor de pKa 1,7 a 23°C. O íon empregue pode ser um que tem uma carga de +2 ou superior. Exemplos não limitativos de tais íons incluem sulfato, carbonato, fosfato, oxalato, cromato, dicromato, pirofosfato e misturas dos mesmos. Em certas modalidades, está contemplado que o íon poliatômico pode ser derivado a partir de misturas que incluem misturas de íons poliatômicos que incluem íons derivados de ácidos tendo valores de pKa 1,7.

[065] Em certas modalidades, a composição de matéria é composta de uma composição química equilibrada de forma estequiométrica de, pelo menos, um dos seguintes: hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri sulfato (1:1); hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri carbonato (1:1), hidrogênio (1+), triaqua- μ3-oxotri fosfato, (1:1); hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri oxalato (1:1); hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri cromato (1:1) hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri dicromato (1:1), hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri pirofosfato (1:1), e misturas dos mesmos em mistura com um solvente polar selecionado de entre o grupo que consiste em.

[066] A fim de compreender melhor a invenção aqui descrita, os seguintes exemplos são apresentados. Os exemplos devem ser considerados ilustrativos e não são para serem vistos como limitando o escopo da presente divulgação ou matéria reivindicada.

EXEMPLO I

[067] Uma nova composição de matéria, como aqui divulgada é preparada colocando 50 ml de ácido sulfúrico concentrado líquido tendo uma fração de massa de H2SO4 de 98%, uma molaridade média (M) acima de 7, e um peso específico de 66° Baumé em um recipiente não reativo, e mantido a 25°C com agitação por um agitador magnético para transmitir energia mecânica de 1 HP para o líquido.

[068] Uma vez que a agitação tenha iniciada, uma quantidade medida de hidróxido de sódio é adicionada à superfície superior do material de ácido de agitação. O material de hidróxido de sódio utilizado é uma solução aquosa a 20% de hidróxido de cálcio de 5M, e é introduzido em cinco volumes medidos introduzidos a uma taxa de 2 ml por minuto, durante um intervalo de cinco horas com, para proporcionar um tempo de ressonância de 24 horas. O intervalo de introdução para cada volume medido é de 30 minutos.

[069] A turbidez é produzida com adição de hidróxido de cálcio para o ácido sulfúrico, indicando a formação de sólidos de sulfato de cálcio. Os sólidos são permitidos para precipitar periodicamente durante o processo, e o precipitado removido do contato com a solução de reação.

[070] Após a conclusão do tempo de ressonância de 24 horas, o material resultante é exposto a um campo magnético não bipolar de 2400 gauss, resultando na produção de precipitados observáveis e sólidos em suspensão por um intervalo de 2 horas. O material resultante é centrifugado e filtrado com força para isolar o precipitado e os sólidos em suspensão.

EXEMPLO II

[071] O material produzido no Exemplo I é separado em amostras individuais. Algumas são armazenadas em recipientes fechados a temperatura padrão, e 50% de umidade relativa para determinar a estabilidade da prateleira. Outras amostras são submetidas a procedimentos analíticos para determinar a composição. As amostras de teste são submetidas à análise de espectros de FFTIR e tituladas com coulometria de hidrogênio. O material de amostra tem uma molaridade variando de 187 a 178 M de força. O material possui uma faixa gravimétrica superior a 1,15; com faixas superiores a 1,9 em, em certos casos. A composição é estável e tem um material molar de 1,87 a 1,78 que contém de 8 a 9% do total de moles de prótons ácidos que não são carregados com equilíbrio. A análise de FFTIR indica que o material tem a fórmula hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri sulfato (1:1).

EXEMPLO III

[072] Uma porção de 5 ml do material produzido de acordo com o método descrito no Exemplo I é misturada em uma porção de 5 ml de água deionizada e destilada, à temperatura e pressão padrão. A concentração de íons de hidrogênio em excesso é medida como sendo superior a 15% em volume, e o pH do material é determinado como sendo de 1.

[073] Embora a invenção tenha sido descrita em ligação com aquilo que é presentemente considerado a modalidade mais prática e preferida, é para ser entendido que a invenção não é para ser limitada às modalidades divulgadas, mas, pelo contrário, se destina a cobrir várias modificações e arranjos equivalentes incluídos dentro do espírito e escopo das reivindicações anexas, cujo escopo deve ser atribuído à interpretação mais ampla, de forma a englobar todas tais modificações e estruturas equivalentes, tal como é permitido pela lei.

Claims

1. Composto químico balanceado de forma estequiométrica, CARACTERIZADO por ser selecionado a partir do grupo que consiste em, pelo menos, um dos seguintes: hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri sulfato (1:1); hidrogênio (1+), triaqua- μ3-oxotri carbonato (1:1), hidrogênio (1+), triaqua-μ3- oxotri fosfato, (1:1); hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri oxalato (1:1); hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri cromato (1:1) hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri dicromato (1:1), hidrogênio (1+), triaqua-μ3-oxotri pirofosfato (1:1), e misturas dos mesmos.

2. Composto químico balanceado de forma estequiométrica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o composto químico balanceado de forma estequiométrica é um eletrólito estável presente em um solvente polar, o solvente polar sendo selecionado a partir do grupo que consiste em água, álcoois de cadeia curta possuindo entre 1 e 4 átomos de carbono e misturas dos mesmos, entre 0,05% e 50% por volume.

3. Composto químico balanceado de forma estequiométrica, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO por pelo menos uma porção do composto químico estar presente como H9O4+ em combinação coordenada com H9O4+:SO4H e ligantes de ponte funcionais contendo aglomerados de hidrônio estáveis (H3O+).

4. Composto químico balanceado de forma estequiométrica, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o eletrólito estável está presente em uma quantidade suficiente para proporcionar um pKa eficaz compreendido entre 0 e 5.

5. Composto químico balanceado de forma estequiométrica, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o eletrólito estável está presente em uma quantidade suficiente para proporcionar uma concentração de íons hidrônio eficaz entre 1 ppm e 25% em volume.