Propriedades dinâmica, termodinâmica e estrutural da água e do metanol por simulações de dinâmica molecular.

Abstract

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).