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Título: Propriedades dinâmica, termodinâmica e estrutural da água e do metanol por simulações de dinâmica molecular.
Autor(es): Chaves, Frederico Mota
Orientador(es): Oliveira, Alan Barros de
Palavras-chave: Água
Metanol
Dinâmica molecular
Data do documento: 2015
Referência: CHAVES, Frederico Mota. Propriedades dinâmica, termodinâmica e estrutural da água e do metanol por simulações de dinâmica molecular. 2015. 101f. Dissertação (Mestrado em Ciência com ênfase em Física dos Materiais) – Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2015.
Resumo: Nos últimos anos, a água tem sido um objeto de estudo incansável devido as suas propriedades anômalas. Parte da explicação para este comportamento se deve a capacidade de cada molécula de água poder formar quatro ligações de hidrogênio, o que leva essa substância a assumir uma forma tetraédrica a baixas temperaturas. Contudo, existem líquidos, como por exemplo o metanol, que s˜ao capazes de fazer ligações de hidrogênio e cuja estrutura é dominada por cadeias longas, curtas e cíclicas, entretanto não apresentam anomalias como a água. Isto é um indício de que apenas as ligações de hidrogênio não são suficientes para explicar tais anomalias. Então, a questão é o porque da água possuir comportamentos anômalos e o metanol não. Neste trabalho, exploramos a quebra de simetria de carga da água, ou seja, mudamos a orientação e o módulo do momento de dipolo, e acompanhamos o comportamento das suas anomalias por meio de simulações de Dinâmica Molecular, tendo como base o modelo SPC/E para a água. Nossos resultados mostraram que as anomalias presentes na água tendem a sumir por um efeito cascata a medida em que o momento de dipolo da água se aproxima ao do metanol. Finalmente, usamos equações integrais de Ornstein-Zernike para calcular o potencial efetivo entre as moléculas e mostramos que a presença de anomalias está relacionada ao surgimento de duas escalas no potencial efetivo, no caso da água, e a ausência desta característica no caso em que o momento de dipolo do modelo para a água é alterado para que se assemelhe ao do metanol. (neste, apenas uma escala está presente, tal como num potencial do tipo Lennard-Jones). ____________________________________________________________________________________________________________
Abstract: In recent years, water has been a tireless study object due to its anomalous properties. Part of the explanation for this behavior is due to the capacity of each water molecule to form four hydrogen bonds, which leads a tetrahedral structure at low temperatures. However, there are liquids, such as methanol, which are capable of making hydrogen bonds and the structure is dominated by long, short or cyclic chains. However, no anomalies are present such as seen in water. This is an indication that the presence of ydrogen bonds are not enough to explain such anomalies. In this sense, the question is why the water has anomalous behavior and the methanol doesn't. In this work, we explored the break of symmetry of the charge in water molecules, that is, we have changed the direction and the magnitude of the dipole moment of the SPC/E model of water and monitor its anomalies using molecular dynamics simulations. Our results showed that the anomalies present in water tend to disappear in a cascading e ect, to the extent that the dipole moment of water tend approach that one of methanol. Finally, we have used Ornstein- Zernike integral equations to evaluate the e ective potential between molecules and we have showed that the presence of anomalies is related to the presence of two scales in the e ective potential. As the dipole moment of the SPC/E water model approaches that one of the metanol, the two scales feature tend to disappear (remaining only one scale, as in the Lennard-Jones potential) and so the anomalies.
Descrição: Programa de Pós-Graduação em Ciências com Ênfase em Física dos Materiais. Departamento de Física. Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/5751
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