Dinâmica micelar na transição de fases da água

Abstract

Este trabalho visa reproduzir a micelização de anfifílicas em água, realizando simulações computacionais que utilizam o Método de Monte Carlo para estudar as propriedades de uma solução micelar. O modelo escolhido para nosso estudo consiste numa mistura de moléculas de água e anfifílicas numa rede de três dimensões que possui uma geometria cúbica de corpo centrado (BCC). Aqui, as moléculas de água apresentam uma geometria tetraédrica e uma liberdade de reorientação de suas ligações com as suas vizinhas, simulando a formação e destruição de pontes de hidrogênio. A água também possui uma densidade variável, o que possibilita o aparecimento de diferentes fases do solvente para diferentes valores da densidade e da temperatura. As moléculas anfifílicas são representadas por sítios interconectados na rede, estes últimos podendo ter característica hidrofóbica ou hidrofílica. São realizadas simulações utilizando o método de Monte Carlo para diferentes densidades da água e diferentes temperaturas, sendo o foco principal a observação do comportamento de uma solução micelar quando há uma transição de fases do solvente. Diferentes variáveis termodinâmicas da solução - como a concentração micelar crítica (CMC), polidispersividade, constantes de associação e dissociação, tempos de relaxamento e difusão - são analisadas em função da densidade da água para diferentes temperaturas, e é observada uma clara influência da densidade e de uma transição de fases do solvente na dinâmica das micelas. Além disso, é investigada a mudança no comportamento das moléculas do solvente devido à presença das micelas, comparando a liberdade de reorientação de moléculas de água quando na superfície de uma micela e no solvente livre (bulk da solução). Observa-se uma diferença na correlação reorientacional para moléculas de água no bulk e moléculas de água vizinhas a micelas, e também a influência da fase em que o solvente se encontra nessa mesma correlação. Apesar de em nosso modelo as moléculas de água não formarem pontes de hidrogênio com as cabeças polares das anfifílicas, conseguimos reproduzir aqui, a partir de um modelo simples, um comportamento observado em estudos recentes que utilizam dinâmica molecular, que é a diferença na correlação reorientacional para moléculas de água próximas a micelas em relação àquelas do solvente livre.