Publication: Simulación del equilibrio de fases del agua: cristales plásticos, constantes dieléctricas y disoluciones
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2013-02-28
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Universidad Complutense de Madrid
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El agua es una sustancia fascinante. En nuestro planeta es una de las moléculas más abundantes, y se presenta en varias de sus formas. La gran mayoría de las propiedades del agua suponen un comportamiento anómalo respecto al comportamiento general de otras sustancias formadas por moléculas de tamaño y características similares. La simulación por ordenador es una herramienta tremendamente útil para comprender el comportamiento macroscópico de las sustancias a partir de parámetros moleculares. En esta tesis se han estudiado algunas de las propiedades del agua mediante simulación. Para ello es necesario definir los parámetros moleculares de la molécula de agua, y existen una gran variedad de modelos de potencial de agua. Cada uno de ellos presenta ventajas e inconvenientes. Siguiendo los pasos de Whalley, propusimos un test para evaluar la calidad de los modelos de agua con unos rápidos y sencillos cálculos, el test de Whalley. El agua en forma líquida interviene en una gran cantidad de procesos biológicos, geológicos y atmosféricos. Lo que la convierte en la matriz de la vida. En fase sólida presenta uno de los diagramas de fases más complejos, con al menos 16 estructuras cristalinas diferentes. En esta tesis se aborda el estudio de la región de altas presiones del diagrama de fases del agua. Durante este estudio se encontraron dos fases de cristal plástico a altas presiones, no descritas hasta la fecha. Llevar a cabo medidas experimentales en esta región del diagrama de fases es tremendamente complicado, por lo que existe cierto desacuerdo entre las medidas de distintos grupos. Creemos que estas discrepancias pueden ser debidas a la existencia de una fase de cristal plástico. También se ha llevado a cabo el estudio de las constantes dieléctricas de los hielos, y sobre el efecto que tiene la aplicación de un campo eléctrico sobre el diagrama de fases del agua. Para ello ha sido necesario incluir movimientos de rotación de anillos para muestrear correctamente el desorden de protón. Gracias a la correción de los resultados de simulación con el momento dipolar efectivo de la molécula de agua, para tener en cuenta la diferencia en la polarización de la molécula en función del entorno químico, se han realizado predicciones cuantitativas del efecto de un campo electrico sobre las transiciones de fase del agua. Finalmente, y ya que la alta constante dieléctrica del agua la convierte en el disolvente universal, hemos estudiado la solubilidad del NaCl en agua. Los cálculos de solubilidad involucran el cálculo del potencial químico del soluto sólido. De manera que para que un modelo de potencial de NaCl sea capaz de reproducir la solubilidad en agua, debe ser capaz de predecir correctamente las propiedades de la sal pura. Por esta razón, también se han estudiado las propiedades de coexistencia sólido–líquido para varios modelos de potencial de NaCl y otros haluros alcalinos monovalentes.
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Química Física I, leída el 05/10/2012. Tesis formato europeo (compendio de artículos)