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    Cientistas testam com sucesso um novo protocolo de simulação de água

    O protocolo ajustado oferece uma melhoria clara na compreensão entre as diferentes abordagens de simulação. Aqui, o protocolo ajustado em uso (preto) e a teoria (vermelho) de flutuações de densidade de massa em conjuntos isotérmicos e isobáricos convergem para tamanhos de sistema que são relevantes para estudos DFT. Crédito:Pacific Northwest National Laboratory

    A água pode parecer uma quantidade conhecida. Existem, Contudo, ainda aspectos da água que permanecem desconhecidos dos cientistas. Água pura, ou seja, água sem qualquer vestígio de material adicional, ainda tem propriedades complexas que ainda não foram totalmente compreendidas pelos cientistas. Para desbloquear essas propriedades, os cientistas usam a teoria do funcional da densidade (DFT), uma estrutura de estrutura eletrônica, para estudar as forças e a interação entre as moléculas de água. Cientistas do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) liderados por Mirza Galib, Gregory K. Schenter e Christopher J. Mundy testaram um protocolo de simulação DFT ajustado para provar que ele pode ser estendido para simular propriedades mais complexas da água. Os testes foram bem-sucedidos na simulação de medições de água de linha de base.

    A água é enganosa em sua complexidade. A água pura contém uma rede de ligações de hidrogênio devido aos íons negativos de oxigênio que desejam se ligar aos íons positivos de hidrogênio. Muitas das propriedades da água dependem da criação e quebra dessas ligações de hidrogênio e uma certa taxa, tempo e energia. Para água líquida em alguns complicados, ambientes estressados ​​e heterogêneos, algumas das propriedades da água ainda não foram totalmente compreendidas. Os cientistas usam simulações de computador para simular essas propriedades. Essas simulações precisam ser devidamente calibradas para garantir a qualidade dos dados produzidos. A água é um solvente universal. Suas propriedades e resposta controlam muitos processos e fenômenos. Seu entendimento fundamental pode ser estendido para a resolução de questões práticas de saúde, energia e os desafios ambientais.

    "A água é muito complicada do ponto de vista da química, "diz Galib, químico. "Portanto, ajustar essas simulações para serem precisas é um verdadeiro desafio."

    As propriedades dinâmicas e estruturais da água podem ser analisadas por meio de simulações de computador avançadas. Usando computadores de alta potência, cientistas têm usado técnicas de mecânica quântica baseadas em DFT. Um método de mecânica quântica, DFT é usado em física, química e ciências dos materiais para examinar a estrutura eletrônica das moléculas, que se refere às propriedades dos elétrons no campo eletrostático ao redor dos núcleos.

    O DFT tem seus defeitos. Têm havido muitos estudos sobre a eficácia e precisão do DFT, especialmente no que se refere às propriedades da água em massa e interfaciais. O desafio para os cientistas é basear-se no DFT para criar um protocolo que possa simular com eficácia propriedades complexas e precisas da água.

    "Se formos bons o suficiente em compreender as forças entre as moléculas usando ferramentas da mecânica estatística, podemos sintonizar, prever, controlar e compreender essas propriedades complexas, "diz Schenter, cientista químico.

    Com isso em mente, os cientistas do PNNL testaram uma versão revisada do Perdew-Burke-Ernzerhof mais a terceira geração de dispersão de Grimme (revPBE-D3) para simular uma imagem clara das flutuações de densidade de massa em água pura.

    O teste provou que o protocolo revPBE-D3 é preciso para determinar as medições de água pura da linha de base. Além disso, os resultados corroboraram estudos anteriores do uso de potenciais de interação DFT e esclareceram inconsistências nas propriedades termodinâmicas da água.

    Depois de provar que o revPBE-D3 é preciso na simulação das propriedades da água de linha de base, a próxima etapa é testar simulações mais complexas usando o mesmo protocolo.


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