Artigo sobre o efeito do contra-íon colina sobre o potencial eletrostático de micelas publicado no JMM

O artigo “Counter-ion adsorption and electrostatic potential in sodium and choline dodecyl sulfate micelles – a molecular dynamics simulation study”, de autoria minha e de Rafaela Eliasquevici, foi publicado no Journal of Molecular Modeling.

Nesse trabalho mostramos como a substituição do contra-íon sódio por colina afeta a forma, a área de superfície acessível ao solvente e o potencial eletrostático de micelas de dodecil-sulfato por meio de simulações de dinâmica molecular clássicas feitas com o programa GROMACS. Foi observado que o contra-íon colina apresenta maior adsorção sobre a superfície da micela, podendo interagir simultaneamente com várias cabeças de surfactante, o que reduz a área exposta de micela à água e torna o potencial de superfície menos negativo. Observou-se também que, apesar da colina poder doar ligação de hidrogênio para o surfactante, a interação mais importante é a interação iônica com o grupo amônio.

O artigo pode ser acessado pelo endereço https://doi.org/10.1007/s00894-024-05897-1 . A versão de autor revisada pode ser vista abaixo:

author_versionDownload

Artigo publicado no Journal of Chemical Physics sobre efeitos simultâneos de nanoconfinamento e cisalhamento sob líquidos iônicos

O artigo “Confined ionic liquids films under shear: The importance of the chemical nature of the solid surface” sob autoria minha e do Prof. Dr. Mauro C. C. Ribeiro foi publicado no Journal of Chemical Physics e pode ser acessado pelo endereço https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0141388 .

Nesse trabalho usamos o campo de força coarse grained Martini 3.0 para simular o líquido iônico tetrafluoroborato de 3-metil-1-etil-imidazólio confinado entre duas superfícies sólidas e induzimos o cisalhamento fazendo essas superfícies se moverem em direções opostas. Propusemos nesse trabalho duas definições distintas para a viscosidade, a taxa de cisalhamento e a tensão de cisalhamento do líquido confinado: Uma definição local, baseada em propriedades do próprio líquido, e uma de engenharia, baseada em grandezas medidas nas próprias superfícies. Variamos a natureza da superfície sólida por meio dos parâmetros de interação com o líquido e demonstramos que interações fortes seja com o cátion ou com o ânion induzem cristalização na camada de líquido em contato com a superfície o que afeta o comportamento reológico do líquido.

A versão de autor do artigo pode ser baixada diretamente aqui.

Segunda página do tutorial da simulação de água pura no Gromacs

Acabo de adicionar a segunda página do tutorial atualizado do Gromacs para a simulação de uma caixa de água. Nessa segunda parte focaremos nas análises da trajetória obtida, incluindo análises de ligações de hidrogênio, distribuição radial de pares e distribuição espacial. Além de ferramentas do próprio Gromacs, usaremos também o programa Travis para as análises.

Clique no link ou na imagem abaixo para ir à página:

https://kalilbn.wordpress.com/tutorial-gromacs-agua-pura-parte-2/

Veja também as páginas:

• Primeira página do tutorial (preparação da estrutura inicial, minimização de energia e realização da simulação)
• Página sobre conceitos fundamentais de dinâmica molecular
• Versão antiga do tutorial de simulação de água com o Gromacs (válido para versões mais antigas do programa)
• Tutorial de simulação de uma mistura de água e etanol no LAMMPS

Tutorial gromacs: Água pura (nova versão)

Acabo de adicionar uma nova versão para o tutorial do gromacs para a realização de uma simulação de dinâmica molecular de água. Esse tutorial tem caráter introdutório e nele explico a instalação dos softwares utilizados para a execução da simulação e visualização dos resultados, preparação da caixa de simulação, minimização de energia e realização da simulação propriamente dita.

Essa versão atualizada foi feita levando em conta mudanças ocorridas no Gromacs que tornaram os tutoriais antigos do blog incompatíveis com as novas versões do programa. Além disso, outras análises e discussões foram incluídas em relação ao tutorial original. Para acessá-lo, use o link: https://kalilbn.wordpress.com/tutorial-gromacs-agua-pura-parte-1/

Uma segunda parte do tutorial está em preparação e focará na análise dos resultados obtidos nessa simulação. Espero em breve lançar outras versões atualizadas dos tutoriais de dinâmica molecular com o Gromacs.

Segunda parte do tutorial de espectroscopia no Orca adicionada

Acabo de adicionar a segunda parte de tutorial de espectroscopia usando o programa gratuito Orca. Enquanto na primeira parte foi feito o desenho da molécula e o cálculo de otimização de geometria e frequências vibracionas, nessa segunda parte são tratados outros aspectos de cálculos de espectroscopia vibracional, em especial, o uso de fatores de escala para as frequências e a atribuição quantitativa dos modos normais em termos das coordenadas internas da molécula.

Para acessar a página, clique no link ou na imagem abaixo: https://kalilbn.wordpress.com/tutorial-orca/tutorial-orca-espectroscopia-parte-2/

Tutorial – cálculos quânticos no site chemcompute

Novo tutorial – Realização de cálculos quânticos utilizando a interface do site chemcompute.org . Esse site permite a realização gratuita de cálculos de química quântica com os programas GAMESS e Psi4 e a visualização dos resultados diretamente do navegador de internet, funcionando em qualquer sistema operacional e sem a necessidade de instalar qualquer outro programa. É uma opção bem interessante para utilizar com os alunos em sala de aula, pois funciona até em navegador web de smart phones.

Nesse tutorial usei como exemplo a molécula de formaldeído e discuto os orbitais moleculares, a superfície de potencial eletrostático e o espectro vibracional da molécula.

Problema para plotar espectro infravermelho calculado com o Orca

Boa tarde,

A versão mais atual do Orca no momento (5.0.3) utiliza uma formatação diferente para a tabela com intensidades de infravermelho no output, fazendo com que as mesmas não sejam lidas no Gabedit e o espectro não pode ser plotado como indicado apesar dos modos normais poderem ser visualizados normalmente como indicado no tutorial https://kalilbn.wordpress.com/tutorial-orca/ .

É provável que uma atualização futura no Gabedit corrija esse problema, mas uma solução no momento para plotar o espectro é ler o arquivo de hessiana do Orca ao invés do output principal. Para isso, ao invés de “Read Orca output file” escolha “Read a Hessian Orca file” na tela de vibrações e selecione o arquivo com extensão .hess . Dessa forma será possível observar as frequências e plotar o espectro infravermelho mesmo na versão mais atual do Orca. Essa mesma observação foi incluída no tutorial.

Site com simulações interativas de física

O site https://www.falstad.com/mathphysics.html apresenta diversas simulações interativas de mecânica clássica e de mecânica quântica, especialmente referentes a problemas relacionados a oscilações, ondas e acústica.

De maior interesse para a química, na página https://www.falstad.com/qmatom/ é possível gerar diferentes representações dos orbitais atômicos do átomo de hidrogênio, incluindo orbitais com valores elevados dos números quânticos que normalmente não são mostrados em livros-textos. Nessa página é possível gerar representações dos orbitais reais, como o conjunto 2p_x, 2p_y e 2p_z, mais usuais em química, e também das soluções canônicas com parte imaginária, como o conjunto 2p_-1, 2p₀ e 2p₁, mais comuns em física. No botão “settings” é possível solicitar para plotar ainda a função de distribuição radial correspondente. Na página https://www.falstad.com/qmmo/ são geradas representações de orbitais moleculares da molécula de H2 juntamente com as curvas de energia interna da molécula sendo possível variar a distância entre os átomos e ver o efeito sobre os orbitais moleculares.

Página sobre distribuição de Maxwell-Boltzmann

Acabo de adicionar uma página com demonstrações feitas com simulações de dinâmica molecular clássicas demonstrando a evolução espontânea de sistemas nos estados gasoso, líquido e sólido partindo de distribuições de velocidades arbitrárias para a distribuição de equilíbrio dada pela equação de Maxwell-Boltzmann. Clique no link ou na imagem abaixo para ir para a página.

https://kalilbn.wordpress.com/dinamica-molecular-conceitos-fundamentais/distribuicao-de-maxwell-boltzmann/

Orbitais moleculares e densidade eletrônica em uma folha de magnésio

As imagens abaixo mostram os orbitais moleculares ocupados de mais alta energia calculados para uma folha formada por 33 átomos de magnésio e os contornos mostrando a densidade eletrônica no plano que contém os átomos. É interessante notar que as tendências exibidas são similares às da partícula na caixa em 2 dimensões, com a energia aumentando a medida em que aumentam o número de nós e com nós ao longo da maior dimensão produzindo energias maiores do que o mesmo número de nós ao longo da menor dimensão da folha.

Com relação a contribuição dos orbitais atômicos para os orbitais moleculares, apesar da configuração de valência do Mg ser [Ne] 3s², há uma contribuição significativa dos orbitais 3p na formação dos orbitais moleculares. Em especial, nota-se no HOMO e no HOMO-2 um plano nodal na superfície que contém os átomos, sendo esses dois OMs formados por sobreposição de orbitais p paralelos entre si de modo similar as ligações do tipo π em moléculas. Por razões de simetria, nesses 2 orbitais moleculares não há contribuição de funções do tipo s. A densidade eletrônica, por sua vez, mostra um rápido decréscimo ao se distanciar dos núcleos atômicos e apresenta um valor quase uniforme entre os átomos. Isso é coerente com a visão tradicional de ligação metálica como sendo formada por íons onde os respectivos metais mantém os orbitais internos quase inalterados e pelos elétrons de valência se movendo de forma quase livre dentro do metal.

Orbitais moleculares ocupados de mais alta energia de uma folha formada por 33 átomos de Mg em ordem crescente de energia.

Curvas de nível de densidade eletrônica ao longo do plano que contém os átomos de Mg, sendo as curvas azul os maiores valores e vermelho os menores valores. As camadas internas dos átomos correspondem a valores muito mais elevados de densidade eletrônica e não são mostrados

Esse cálculo foi realizado com o Orca 4.2.1 no nível B3LYP/6-311G** sem otimização de geometria mas partindo das distâncias interatômicas esperadas no cristal de magnésio. A visualização dos resultados foi feita no Gabedit. Clique em “Read More” abaixo para o arquivo de input desse cálculo. Vide nosso tutorial para mais detalhes sobre a realização de cálculos no Orca e visualização no Gabedit.