Computational studies of Fe2+, Mn2+, Fe3+ and Ni2+ ions in water and Eutectic solvent: an approach using molecular dynamics, QTAIM and NCI

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Amorim, Laudenor
• Orientador(a): Fechine, Pierre Basílio Almeida
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
• Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79994

Este trabalho foi essencial para analisar o comportamento dos íons Fe2+, Mn2+, Fe3+ e Ni2+ em água e em solvente eutético profundo (DES) à base de cloreto de colina e etilenoglicol (1ChCl:2EG) para avaliar a eletrodeposição de íons metálicos e a polarizabilidade. Os DES são uma nova família de líquidos promissores em processos químicos, catalíticos, separação e armazenamento de energia e têm sido amplamente estudados como alternativas aos solventes tradicionais, especialmente em aplicações relacionadas à dinâmica molecular e solvatação iônica. Esses solventes, compostos geralmente por uma mistura de sais de amônio quaternário, como cloreto de colina, e doadores de ligação de hidrogênio, como ureia ou glicerol, possuem características como baixo custo, biodegradabilidade e baixa toxicidade. Eles apresentam um ponto de fusão mais baixo em comparação com seus componentes puros, tornando-os úteis para síntese orgânica, eletrodeposição de metais e armazenamento de energia. O estudo dividiu-se em duas partes, enfatizando o papel dos DES na estabilização e reatividade dos íons metálicos em solução, sendo influenciados por interações eletrostáticas e pela complexa rede de ligações de hidrogênio presentes nesses solventes. Através de métodos computacionais, como Dinâmica Molecular (MD), Teoria Quântica de Átomos em Moléculas (QTAIM) e análise de Interações Não Covalentes (NCI), o comportamento e a solvatação de íons como Fe²⁺, Fe³⁺, Ni2+ e Mn²⁺ em DES e água foram investigados. Os resultados indicaram que em sistemas aquosos, as interações íon-dipolo são mais intensas devido à alta polaridade e constante dielétrica da água, formando camadas de solvatação bem definidas que estabilizam os íons. Em contraste, nos DES, devido à sua menor polaridade e maior viscosidade, as interações entre os íons metálicos e os ânions cloreto são mais fortes, especialmente para Fe²⁺ e Fe³⁺. Os resultados também revelaram que Fe³⁺ possui a menor polarizabilidade, seguido por Ni²⁺ e Fe²⁺, o que influencia suas interações com o solvente. A compreensão dessas interações é crucial para aplicações industriais que exigem controle preciso das propriedades de solvatação, de modo que os DES oferecem vantagens em termos de estabilidade térmica e controle sobre propriedades eletroquímicas, sendo úteis em processos como eletrodeposição e desenvolvimento de baterias, destacando seu potencial em soluções industriais mais sustentáveis e eficientes