Estudos teoricos de soluções aquosas concentradas de ureia utilizando simulação computacional de Monte Carlo

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

1999

RESUMO

Simulações de Monte Carlo foram feitas para soluções aquosas concentradas de uréia de 4, 5, 6, 7 e 8 mol/L no ensemble NpT a 298 K e 1 atm. As superfícies de energia potencial foram representadas por potenciais clássicos de Lennard-Jones + Coulomb, nos quais a aditividade de pares foi usada. As interações uréia-uréia e água-água foram representadas por modelos OPLS (Optimised Potential for Liquid Simulation). O modelo TIP4P (Transferable Intermolecular Potentials -4 Points) foi usado para a água. Os parâmetros de potencial para as interações uréia-água foram obtidos por regras de combinação. A geometria da uréia é planar, na qual os átomos de hidrogênio são pontos de carga idênticos. Comparando-se à água pura, os resultados das simulações mostraram que a uréia não causa significativas perturbações na organização estrutural das moléculas de água na faixa de concentrações estudadas. No entanto, foi observada diminuição significativa no número médio de pontes de hidrogênio entre as moléculas de água, diminuindo em média de 4 na água pura para menos de 2 nas soluções em todas as concentrações. O número de coordenação dos sítios oxigênio da água diminui de 5, na água pura, para cerca de 4 na solução mais concentrada. As energias configuracionais médias das interações uréia-uréia são substancialmente menores que as interações água-água e uréia-água. Apesar disso, foi observada a formação de dímeros entre as moléculas de uréia. Na solução mais concentrada, ocorrem em média cerca 4 pontes de hidrogênio da uréia com a água e na solução mais diluída o número médio de pontes é cerca de 5. Foram realizados estudos da barreira de potencial associada à rotação dos grupos amino (NH2) da uréia. A barreira de potencial foi calculada em níveis de teoria Hartree-Fock (HF) e de perturbação de segunda ordem de Mfller-Plesset (MP2) usando conjuntos de base 6-31G(d), 6-31G(d,p) e MC-311G(d,p). A barreira calculada foi de 22 kJol/mol com as funções de onda MP2/6-31G(d,p) e MP2/6- 311G(d,p) e 27 kJ/mol com a função HF/6-31G(d,p). Os resultados dos cálculos mostraram que a geometria de menor energia de uma molécula de uréia em fase gasosa é não planar . O cálculo da energia livre de Gibbs associada a rotação dos grupos amino em água mostrou que a consideração da uréia como uma molécula planar é razoável. Entretanto, os valores médios das variações de energia livre são da ordem de alguns kJ /mol. Portanto, não se pode descartar a possibilidade de que a uréia possa ser não planar em meio aquoso. Realizamos simulações de Monte Carlo para soluções de uréia com geometria não planar nas mesmas concentrações e condições do modelo OPLS. Comparando-se à água pura, os resultados das simulações mostraram que a uréia não planar também não causa alterações significativas sobre a estrura da água. Em média foi observado que o número de pontes de hidrogênio entre as moléculas de água diminui de 4 para menos de 2, como foi observado para o modelo OPLS da uréia. O número de coordenação para os sítios oxigênio da água variou de 5, na água pura, para 4 na solução mais concentrada, resultado idêntico ao observado nas simulações com o modelo OPLS. As energias médias configuracionais apresentam comportamento semelhante ao modelo OPLS, entretanto as interações uréia-uréia são mais fracas no modelo proposto. Na solução mais concentrada, em média a uréia interage por 2 pontes de hidrogênio com a água. Na solução menos concentrada o número médio de pontes de hidrogênio aumenta para 3. U ma diferença importante entre os modelos de uréia foi observada nas distribuições radiais gCuCu ( r) onde são observados desdobramentos do primeiro pico da função do modelo não planar, o que não ocorre no modelo OPLS.

ASSUNTO(S)

ureia metodo de monte carlo solução (quimica)

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