Pesquisadores da Queen Mary University of London desenvolveram uma nova abordagem computacional para entender melhor o congelamento em diferentes tipos de la­quidos.

O processo de congelamento, onde um la­quido se transforma em sãolido, não étão simples quanto pode parecer. Muitas substâncias, incluindo águae cera, tem vários estados sãolidos como resultado de diferenças na disposição de seus a¡tomos e molanãculas. No entanto, realizar experimentos para visualizar os arranjos moleculares exatos e como eles se transformam entre os estados pode ser difa­cil.

Nas últimas décadas, modelos computacionais tem sido cada vez mais usados ​​para complementar estudos experimentais, trazendo novos insights moleculares sobre as propriedades dos estados de gás e la­quido, bem como as transições entre eles (por exemplo, evaporação).

No entanto, fases mais densas ainda são um desafio, e a complexidade do congelamento de la­quidos em sãolidos iludiu a maioria dos manãtodos, especialmente onde hámais de um arranjo sãolido possí­vel.

No estudo, publicado no Journal of Physical Chemistry B , os cientistas desenvolveram novas abordagens computacionais para estudar a cera, que éconhecida por ter vários arranjos congelados. Usando seu manãtodo, eles foram capazes de prever seu ponto de fusão dentro de 2 ° C do valor experimental.

Quando eles compararam o desempenho desses manãtodos com a maioria das técnicas computacionais existentes, eles mostraram que sua abordagem de modelagem fornece uma visão mais realista do que acontece quando os la­quidos congelam e podem atémesmo prever algumas das estruturas cristalinas mais 'exa³ticas' formadas durante esse processo.

O Dr. Stephen Burrows, assistente de pesquisa de pa³s-doutorado no Queen Mary, disse: "Alcanos sãolidos são incomuns porque as moléculas tem uma quantidade surpreendente de liberdade. Se vocêcomea§ar a partir de um cristal perfeito e aumentar a temperatura, as moléculas de repente ganham a capacidade de girar, com um movimento semelhante ao de uma pessoa que dorme inquieta, revirando-se na cama. "

"Testamos os manãtodos mais amplamente usados ​​para simular essas fases de 'rotador', descobrindo que o modelo de Williams da década de 1960 estava a  frente de seu tempo. Inicialmente impratica¡vel devido a  falta de poder computacional, ele agora pode passar por um renascimento para o modelo molecular moderno simulação dina¢mica. Com o nosso modelo recentemente otimizado, pretendemos estudar a fase de rotação do hexadecano, encontrado no a³leo, que édifa­cil de observar experimentalmente devido a  sua natureza insta¡vel. "

Assim como as ceras, os a³leos como o a³leo diesel também podem congelar em vários esta¡gios e exibir diferentes propriedades sãolidas. Portanto, os manãtodos para prever as complexidades moleculares e atômicas das transições la­quidas para diferentes tipos de a³leos "sãolidos" podem ter várias aplicações potenciais no mundo real, desde ajudar a prever melhor o congelamento de oleodutos (e prevenir derramamentos de a³leo) atédesenvolver um melhor isolamento inteligente e armazenamento de energia.

Compreender as transições sãolidas na cera também pode levar a polímeros mais leves e mais fortes do que o aa§o e ajudar os pesquisadores a melhorar a compreensão dos processos recanãm-descobertos, como a morfogaªnese artificial. Isso poderia permitir processos de manufatura mais ecola³gicos para que pudanãssemos 'fazer crescer' a matéria como vista na natureza, reduzindo produtos secunda¡rios ou resíduos.

O Dr. Stoyan Smoukov, leitor de Engenharia Quí­mica do Queen Mary, disse: "Ser capaz de prever o comportamento de transformação dos a³leos nos ajudaria em nossa busca para desenvolver processos de manufatura sustenta¡veis ​​para o futuro. A microfabricação litogra¡fica usual écomo esculpir, cortar / cinzelar longe de uma placa de ma¡rmore, gerando muitos resíduos. Em nossa concessão atual, estamos usando novos processos para a autoformação de gota­culas e usamos quase 100% do material de partida para literalmente fazer crescerpartículas em forma. "

"O processo éaltamente escalona¡vel, pois cada gota se forma devido a s transições de fase internas. A produção eficiente dessaspartículas pode revolucionar as indaºstrias, desde a impressão a jato de tinta atéa entrega de medicamentos. E as ferramentas de modelagem que desenvolvemos nos ajudara£o a ajustar esse controle na escala molecular . "