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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.43.2002.tde-18022014-163743
Document
Author
Full name
Nara Cristina Guisoni
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2002
Supervisor
Committee
Henriques, Vera Bohomoletz (President)
Canuto, Sylvio Roberto Accioly
Figueiredo, Wagner
Oliveira, Mario Jose de
Plascak, Joao Antonio
Title in Portuguese
Polimorfismo líquido e efeito hidrofóbico através de modelos simplificados
Keywords in Portuguese
Água super-resfriada
Efeito hidrofóbico
Modelos estatísticos para água
Solvente estruturado
Transições líquido-líquido
Abstract in Portuguese
Desenvolvemos dois modelos estatísticos para água, nos quais diferentes aspectos de sua estrutura são considerados. O modelo geométrico permite diferentes números de coordenação. Em uma aproximação de campo médio mostramos que sob pressão o modelo apresenta linha de coexistência entre fases de baixa e alta densidade, e ponto crítico. A entropia das ligações de hidrogênio tem papel fundamental na definição da inclinação da linha de coexistência. O comportamento do modelo pode estar realcionado como segundo ponto crítico da água super resfriada e com transições líquido-líquido em geral.O modelo da água quadrada é uma versão térmica do modelo do gelo, no qual considera-se a direcionalidade das ligações de hidrogênio. O modelo foi estudado na rede de Bethe e através de simulações de Monte Carlo em três situações diferentes: para a água pura e na presença de solutos polares e apolares. A água quadrada pura não apresenta transição de fase. No modelo para solvente com solutos apolares, medidas de frequência relativa de ligações e do tempo de correlação mostram que o modelo apresenta estruturação da camada de hidratação. Medidas de correlação temporal no modelo de Ising mostram comportamento oposto. Em um estudo preliminar para uma solução com solutos que realizam ligações de hidrogênio não conseguimos encontrar diagramas de coexistência com círculo fechado, para o conjunto de parâmetros utilizados, possivelmente devido à ausência de buracos.
Title in English
Liquid polymorphism and hydrophobic effect through simplified models
Keywords in English
Hydrophobic effect
Liquid-liquid transitions
Statistical models for water
Structured solvent
Supercooled water
Abstract in English
We have developed two statistical models for water in which different features of water structure are considered. In the geometrical model different coordination numbers are present and the model allows for translational disorder. A mean-field treatment shows that under pressure the model exhibits phases of different densities and a coexistence line ending in a critical point. Entropy of the hydrogen network plays an essential role in defining the slope of the coexistence line. The model behavior might be related with the second critical point in supercooled water and to liquid-liquid transitions in general. The square water model is a thermal version of the ice model, and takes into account the directionality of the hydrogen bonds. The model was studied on a Bethe lattice and through Monte Carlo simulations, for three different situations: as pure water and in the presence of polar and apolar solutes. Pure square water does not present a phase transition. In the presence of apolar solutes, first shell square water presents ordering, as shown from comparison of relative frequency of bonds, as well as from study of time correlations. The latter was shown to present opposite behavior in case of an Ising system. In a preliminary study for a solution of hydrogen bonding solutes we were unable to find a closed loop for the sets of parameters chosen. Vacancies might need to be included.
 
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37581Guisoni.pdf (73.05 Mbytes)
Publishing Date
2014-02-18
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • GUISONI, N., and HENRIQUES, V. B. Hydrophobic Hydration in an Orientational Lattice Model. Journal of Physical Chemistry. B, 2006, vol. 110, p. 17188-17194.
  • HENRIQUES, V. B., and GUISONI, N. Square water as a solvent: Monte Carlo simulations. Brazilian Journal of Physics, 2000, vol. 30, p. 736.
  • HENRIQUES, V. B., GUISONI, N C, and BARBOSA, M A. Liquid polymorphismo and double criticality in a lattice gas model. Molecular Physics, 2005, vol. 103, p. 3001-3007.
  • HENRIQUES, V. B., and GUISONI, N C. The hydrophobic effect and solubility in aqueous solvents: simulations and analytical results for a simplified model. In XXV Encontro Nacional de Física da Matéria Condesada, Caxambu-MG, 2002. , 2002. Abstract.
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