Estruturas e propriedades de fluidos supercríticos e líquidos iônicos

Abstract

Simulações computacionais com o método de Monte Carlo foram realizadas para a água, para o metanol e mistura água-metanol, em condições ambiente e algumas próximas da crítica, utilizando os modelos de quatro (TIP4P) e cinco (TIP5P) sítios para a água e um modelo de três sítios para o metanol. As estruturas geradas nas simulações, foram então utilizadas para análise das ligações de hidrogênio e presença de padrões de small-world. O comportamento de small-world foi caracterizado para água supercrítica, ao passo que para a água em condições ambiente um cluster gigante é formado e observa-se a percolação no sistema. De forma análoga a mistura água-metanol percola no sistema em condições ambiente e apresenta padrão de small-world na condição supercrítica (500 bar e 400oC). No caso do metanol verificamos uma estrutura que o distancia do comportamento randômico, entretanto, a presença ou não de padrões de small-world ainda é inconclusiva. Simulações computacionais com o método de Monte Carlo também foram realizadas para sais contendo o cátion BMI+ (1-Butil-3-Metilimidazólio) e os ânions Cl- e BF4 -. Os sais deste cátion e ânions são líquidos à temperatura ambiente, sendo então denominados de líquidos iônicos. Verificou-se que a flexibilidade da cadeia n-butil é provavelmente a responsável pela desordem dos sais que os mantém no estado líquido. As simulações de líquidos, geralmente, necessitam de um grande número de moléculas, de modo que o cálculo das interações pode tornar-se impraticável. Sendo assim, foi testado um método alternativo baseado em redes neurais artificiais (RNAs). Esta técnica foi testada para a água e extendida para descrever as interações entre as espécies iônicas formadoras dos líquidos iônicos. Superfícies de energia potencial (SEPs) foram então preditas por estes modelos baseados em RNAs, com pequenos erros randômicos, tanto para água líquida, como para o par [BMI+][BF4 -]. Contudo, estes erros ainda são suficientemente grandes para produzir simulações de Monte Carlo da água líquida inconsistentes com os resultados obtidos usando o modelo TIP5P. É importante citar que as simulações de Monte Carlo realizadas usando RNAs são 2 a 12 vezes mais rápidas do que aquelas usando os potenciais analíticos