hrvatski

Strukturiranje u tekućim mješavinama s otapalima različite polarnosti

U fizici tekućeg stanja posebno su interesantne otopine koje imaju netrivijalnu prostornu organizaciju. Agregacije molekula u npr. vodenim otopinama alkohola su reda veličine međumolekularnih interakcija [1]. Biomakromolekule se samoorganiziraju u veće strukturne forme (npr. micele), što postavlja pitanje kako povezati asocijacije malih molekula sa strukturama više razine, te je li moguće napraviti teorijski opis koji bi obuhvaćao različite skale asocijacija. U ovom istraživanju opisujemo ponašanje dva tipa otapala za otopljenu tvar koja ima amfipatski karakter – promatramo promjene strukture ovisno o koncentraciji etanola u benzenu odnosno vodi [2][3]. Benzen kao inertno nepolarno otapalo nameće sterička ograničenja, dok će privlačna vodikova veza definirati udruživanja molekula što rezultira u lokalnoj strukturnoj heterogenosti. Ovo svojstvo će utjecati i na fluktuacije koncentracije. Veličina koja je povezana s fluktuacijama koncentracije je Kirkwood-Buff integral (KBI), koji možemo izračunati iz simuacijskih podataka i termodinamičkih mjerenja. U KBI-ju su sadržani doprinosi termalnih fluktuacija i mikroheterogenosti te nije očigledno kako ih separirati. To je vidljivo iz usporedbe ovisnosti KBI-ja o koncentraciji etanola za oba proučavana otapala sa ponašanjem KBI-ja kod mješavine dvije Lennard-Jones tekućine. Heterogenost u strukturi se osim toga može promatrati i računanjem distribucije klastera. Funkcija distribucije klastera za etanol u benzenu pokazuje značajnu vjerojatnost pojavljivanja klastera veličine 3-10, što u vodenoj otopini nije slučaj. Vizualni oblik klastera pokazuje da etanol u benzenu gradi tzv. inverzne asocijacije gdje su hidrofilni dijelovi združeni, dok je u vodi suprotno - jezgre klastera su hidrofobne. Ovakvo ponašanje je slično samoorganizaciji većih makromolekula. Naime, stabilne nakupine koje stvaraju veće makromolekule povezuju se sa pre-peakom u strukturnom faktoru za male valne vektore (različite od nule). Ovaj tzv. pre-peak je povezan s veličinom nastalih domena. Rezultati pokazuju da etanol u benzenu ima pre-peak, dok u vodi imamo samo rast funkcije strukturnog faktora kako se približavamo vrijednosti k=0. REFERENCE: [1] Perera et. al., Molecular Dynamics (Vol 2), (InTech, Rijeka) (2012) [2] Zoranić et.al., J. Chem. Phys. 127 (2007) 024502-10 [3] Požar et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 17 (2015) 9885

tekućine ; tekuće mješavine ; računalne simulacije ; benzen ; alkoholi ; Kirkwood-Buff teorija ; strukturni faktori

nije evidentirano