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dc.contributor.authorBernardino, Kalil
dc.date.accessioned2018-04-11T14:19:01Z
dc.date.available2018-04-11T14:19:01Z
dc.date.issued2018-03-13
dc.identifier.citationBERNARDINO, Kalil. Estudo do potencial eletrostático e da termodinâmica de agregação de surfactantes por simulações de dinâmica molecular. 2018. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/9720.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/9720
dc.description.abstractDue to the amphiphilic character, the surfactants tend to be adsorbed at the water surface and, in concentrations larger than the critical micellar concentration, they self-assembling in solution with the purpose to reduce the exposed area of the hydrophobic portion to the water. The aggregation thermodynamics of two ionic surfactants (SDS and DTAC) into micelles was studied by means of extensive umbrella sampling simulations with classical force fields and the potential of mean force for the dissociation coordinate was obtained. This methodology was efficient for SDS, which forms more stable micelles, on the other hand, some problems happens for DTAC due to spontaneous dissociations yield inaccuracies in the calculation of the cluster’s center of mass. The potential of mean force obtained for SDS was decomposed by means of the explicit calculation of several enthalpic and entropic components, throughout the dissociation coordinate, in order to explain the driving forces that result in the aggregation free energy. The expansion entropy is given by an analytical expression while the components associated with the orientation of the surfactant in relation to micelle center of mass and the entropy of torsion of dihedrals were calculated by means of probability distributions. Enthalpy and all those entropic components were found to be unfavorable to the aggregation and the driving force for the micelle formation is due to the so-called hydrophobic effect, for the analysis of which a new methodology is proposed, where its contribution is calculated through the entropy variation of the hydrogen bonds in the first two solvation shells of the surfactant in comparison to the same in pure water. In order to obtain the contribution of the hydrophobic effect, was defined the number of variables needed to fully specify a water dimer close to a reference site of the solute and the probability distribution was calculated for each one of those variables in both the simulation with the surfactant and in a referential in pure water to determine the entropy variation per hydrogen bond. The product of the entropy variation per bond by the average number of hydrogen bonds in the first two solvation layers of the solute in each point of the reaction coordinate results in its contribution for the potential of mean force. The entropies were calculated considering both the variables as independent as well as introducing correlation effects between them, in the first case the entropy changes were overestimated while in the second one a good agreement was obtained with the aggregation free energy after adding the rest of calculated components. This methodology allows not only to confirm the hypotheses commonly accepted for hydrophobic solvation, but also to explain, at the molecular level, how the reorganization of water take place near the hydrophobic solute and quantifies its contribution to the energy free of aggregation. The electrostatic potential of the SDS micelle in the presence of both saturated and unsaturated interfaces of the same surfactant were calculated also and was observed that the adsorption of the counter-ions depends on the interface geometry, being more favorable at the flat interfaces due to the greater facility to establish ionic bridges.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectSurfactantespor
dc.subjectMicelaspor
dc.subjectEfeito hidrofóbicopor
dc.subjectTermodinâmica de agregaçãopor
dc.subjectEntropiapor
dc.subjectPotencial de força médiapor
dc.subjectPotencial eletrostáticopor
dc.subjectDinâmica molecularpor
dc.subjectSurfactantseng
dc.subjectMicelleseng
dc.subjectHydrophobic effecteng
dc.subjectAggregation thermodynamicseng
dc.subjectEntropyeng
dc.subjectPotential of mean forceeng
dc.subjectElectrostatic potentialeng
dc.subjectMolecular dynamicseng
dc.titleEstudo do potencial eletrostático e da termodinâmica de agregação de surfactantes por simulações de dinâmica molecularpor
dc.title.alternativeStudy of electrostatic potential and aggregation thermodynamics of surfactants by molecular dynamics simulationseng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Moura, André Farias de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0746428641961163por
dc.description.resumoDevido ao seu caráter anfifílico, surfactantes tendem a se adsorver na superfície da água e, em concentrações superiores à concentração micelar crítica, formar agregados em solução com o objetivo de reduzir a área exposta de sua porção hidrofóbica à água. A termodinâmica de agregação de dois surfactantes iônicos (DTAC e SDS) em micelas foi estudada por simulações extensas de umbrella sampling com potenciais de interação clássicos, sendo obtidos os respectivos potenciais de força média para a coordenada de dissociação. Tal procedimento mostrou-se eficiente para o SDS, que forma micelas mais estáveis, porém ocorreram problemas para o DTAC, onde dissociações espontâneas geraram imprecisões no cálculo do centro de massas do agregado. Para o SDS, foi feita a decomposição do potencial de força média calculando explicitamente diversas componentes entálpicas e entrópicas ao longo da coordenada de reação para explicar as forças motrizes que resultam na energia livre de agregação. A entropia de expansão é dada por uma expressão analítica enquanto as componentes associadas à orientação do surfactante em relação ao agregado e a entropia de torção de diedros foram calculados por meio de distribuições de probabilidade. A entalpia e todas essas componentes entrópicas mostraram-se desfavoráveis à agregação, sendo a força motriz para a formação de micelas devido ao chamado efeito hidrofóbico, para a análise do qual é proposta uma metodologia nova, onde sua contribuição é calculada através da variação de entropia das ligações de hidrogênio nas duas primeiras camadas de solvatação do surfactante em comparação com as mesmas em água pura. Para isso, foi definido o número de variáveis necessárias para especificar completamente um dímero de água próximo a um sítio de referência do soluto e funções de probabilidade foram calculadas para cada uma dessas na simulação com o surfactante e em um referencial em água pura para determinar a variação de entropia por ligação de hidrogênio. O produto dessa pelo número médio de ligação perturbadas nas duas primeiras camadas de solvatação do soluto em cada ponto da coordenada de reação resulta em sua contribuição para o potencial de força média. As entropias foram calculadas tanto considerando essas variáveis como independentes quanto introduzindo efeitos de correlação, no primeiro caso as variações de entropia eram superestimadas enquanto no segundo obteve-se uma boa concordância com o valor de energia livre após ao somar as demais componentes calculadas. Tal metodologia permite não apenas confirmar as hipóteses comumente aceitas para a solvatação hidrofóbica como tambem explicar, em nível molecular, como se dá a reorganização da água proxima ao soluto hidrofóbico e quantificar sua contribuição para a energia livre de agregação. Foi calculado também o potencial eletrostático da micela de SDS na presença de monocamadas saturadas e insaturados do mesmo surfactante e observou-se que a adsorção de contra-íons depende da geometria da interface, sendo mais favorável em interfaces planas dada a maior facilidade na formação de pontes salinas.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICApor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPq: 140835/2014-8por
dc.description.sponsorshipIdCAPES: 88881.135082/2016-01por
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: 2012/15147-4por
dc.description.sponsorshipIdFAPESP: 2013/07296-2por
dc.ufscar.embargoOnlinepor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/3821650154644238por


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