Simulação de propriedades estruturais e eletrônicas de agregados, líquidos regulares e supercríticos

• Ano de defesa: 2010
• Autor(a) principal: Barreto, Rafael Carvalho
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: água supercrítica; computational simulation; dinâmica molecular; líquidos moleculares; molecular dynamics; molecular liquids; quantum chemistry; química quântica; simulação computacional; supercritical water

Esta tese de doutorado investiga as propriedades espectroscópicas e termodinâmicas de líquidos moleculares. Para este fim utilizam-se técnicas de química quântica e modelagem na simulação computacional. Para simular as propriedades termodinâmicas e flexibilidade molecular foi utilizada Simulação Clássica (Monte Carlo e Dinâmica Molecular). Já para reproduzir as propriedades eletrônicas, valeu-se de métodos de Química Quântica (post-HF e DFT). O efeito de polarização foi introduzido pelo Método Seqüencial Monte Carlo/Mecânica Quântica (S-MC/QM) e também via campo de força polarizáveis. Apresenta-se uma visão geral destas técnicas no apêndice. Este trabalho se divide em três partes. Na primeira parte são obtidas as propriedades estruturais e espectroscópicas de agregados de fenol e água (1+1 e 1+2) e fenol e etanol (1+1). Os modos vibracionais (inter e intramoleculares) e a energia de ligação são calculados. Os resultados estruturais e o desvio solvatocrômico são coerentes com dados experimentais e expectativas teóricas (para os diferentes agregados). Na segunda parte é realizada a simulação do fenol em água utilizando o protocolo S-MC/QM, com o respectivo cálculo do espectro eletrônico. É apresentado o estudo das pontes de hidrogênio e as diferentes contribuições que determinam o desvio solvatocrômico em solução. Em seguida é feita a simulação do fenol em etanol utilizando dinâmica molecular e o campo de força flexível e polarizável AMOEBA. As propriedades termodinâmicas da simulação estão em excelente concordância com as expectativas teóricas e experimentais. Isso é surpreendente dado o fato que o modelo não é parametrizado empiricamente. Por fim, é detalhado o trabalho realizado com a água supercrítica. Foram executadas centenas de simulações a fim de se obter o ponto crítico do modelo AMOEBA. São apresentadas as isotermas e os parâmetros da equação de estado que determinam o comportamento do modelo nessa região. Este documento amostra o conhecimento adquirido pelo aluno em diferentes aspectos da física computacional, desde a parte técnica, os diversos modelos e aproximações teóricas utilizadas em simulação e a capacidade de aplicação deste conhecimento em problemas de interesse físico, os quais resultaram em dois artigos publicados [12,22] e mais dois trabalhos em preparação.