Interações mediadas por solvente em soluções eletrolíticas

• Processo: 15/03549-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Vigência (Início): 10 de agosto de 2015
• Vigência (Término): 09 de agosto de 2016
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Sidney Jurado de Carvalho
• Beneficiário: Daniel Lucas Zago Caetano
• Supervisor: Sylvio May
• Instituição Sede: Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas (IBILCE). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de São José do Rio Preto. São José do Rio Preto , SP, Brasil
• Local de pesquisa: North Dakota State University (NDSU), Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 13/13151-7 - Estudo por simulação computacional da interação entre polieletrólitos e macromoléculas com distribuição helicoidal de carga, BP.DR
• Assunto(s): Método de Monte Carlo
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Equação de Poisson-Boltzmann | interações de hidratação | interações eletrostáticas | método de Monte Carlo | Modelo Primitivo Restrito | Física Estatística de soluções

Resumo

A proposta "Interações mediadas por solvente em soluções eletrolíticas" descreve o projeto de pesquisa a ser desenvolvido pelo candidato, durante o período de doze meses (julho de 2015 a julho de 2016), como estudante visitante junto ao grupo do Professor May - Departamento de Física da Universidade Estadual da Dakota do Norte (NDSU). O projeto integra um trabalho realizado pelo referido grupo, que visa a explicar, por meio da solução da equação de Poisson-Boltzmann, o efeito da especificidade iônica no tratamento de soluções eletrolíticas na presença de superfícies carregadas. A especificidade iônica pode ser constatada na série de Hofmeister e tem sua origem na tendência dos íons em modificar a estrutura do solvente localmente. Esse efeito constitui-se como ponto inicial das interações não-eletrostáticas íon-íon e íon-superfície que serão incorporadas consistentemente dentro da teoria de campo médio da Eletrostática. As simulações atomísticas por Dinâmica Molecular indicam que, de forma geral, tais interações podem ser descritas por um potencial oscilatório amortecido de Yukawa. A contribuição específica do candidato diz respeito ao desenvolvimento e à realização, sistematicamente, de simulações de Monte Carlo em sistemas iônicos. Nessas simulações, o solvente não será tratado de maneira explícita, mas, antes, será considerado implicitamente por meio da adição de interações não-eletrostáticas íon-íon (denominadas potencias oscilantes de Yukawa) ao potencial coulombiano. A partir disso, os resultados serão comparados às predições de especificidade iônica, obtidas a partir de um modelo teórico que se baseia na equação de Poisson-Boltzmann - em pleno processo de desenvolvimento pelo grupo do Professor May. A execução das simulações de Monte Carlo é crucial para o sucesso do projeto, uma vez que permitirão avaliar o nível de acurácia da especificidade iônica do modelo teórico, particularmente no que diz respeito à negligência dos efeitos de correlação íon-íon. Dentro da sua gama de aplicabilidades, o modelo teórico para a especificidade iônica oferecerá um método simples com vistas a ampliar a aplicabilidade do modelo clássico da equação de Poisson-Boltzmann a diferentes tipos de íons. O candidato possui experiência em simulações de Monte Carlo de sistemas iônicos que utilizam interações coulombianas associadas a um potencial de repulsão do tipo esfera rígida. Ademais, já demonstrou sua capacidade em adicionar interações não-eletrostáticas às rotinas de simulação, fato esse que o caracteriza como o melhor candidato disponível para concluir, com êxito, o projeto. Durante a visita do referido professor junto ao Departamento de Física do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas - IBILCE/UNESP em maio de 2014, o candidato e o Professor May tiveram a oportunidade de discutir a exequibilidade deste projeto. O Departamento de Física da Universidade Estadual da Dakota do Norte tem por característica o forte foco na pesquisa, tanto experimental como por meio de simulações computacionais, em problemas da área de Matéria Condensada Mole: oito em um total de treze professores e a maioria dos alunos de pós-graduação trabalham nessa área ou em áreas correlatas. Portanto, o candidato beneficiar-se-á, durante sua estadia de doze meses junto ao Departamento de Física da Universidade Estadual da Dakota do Norte, de uma grande exposição a problemas relacionados à Física da Matéria Condensada Mole, bem como terá inúmeras oportunidades de se envolver em discussões de pesquisa com professores e alunos. Além disso, o candidato apresentará diversas palestras e pôsteres sobre sua pesquisa e contribuirá na elaboração de, no mínimo, um artigo científico. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

CAETANO, DANIEL L. Z.; BOSSA, GUILHERME V.; DE OLIVEIRA, VINICIUS M.; BROWN, MATTHEW A.; DE CARVALHO, SIDNEY J.; MAY, SYLVIO. Role of ion hydration for the differential capacitance of an electric double layer. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 18, n. 40, p. 27796-27807, OCT 28 2016. (15/03549-9)

CAETANO, DANIEL L. Z.; DE CARVALHO, SIDNEY J.. Conformational properties of block-polyampholytes adsorbed on charged cylindrical surfaces. EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL E, v. 40, n. 3, MAR 27 2017. (15/03549-9, 13/13151-7)