Opløselighedsundersøgelse kan påvirke energi, biologi, miljø

Rice University kemiske ingeniører har brugt den mest realistiske computermodel, der endnu er udviklet til at simulere de præcise atomare og molekylære interaktioner, der spiller ind, når vand blandes med alkaner, en familie af kulbrinter, der inkluderer metan, propan og andre produkter raffineret fra olie og naturgas, såsom paraffin.

I en ny undersøgelse offentliggjort i denne måned i Journal of Chemical Physics , Risforskere Dilipkumar Asthagiri, Arjun Valiya Parambathu og Walter Chapman, samt tidligere kandidatstuderende Deepti Ballal fra Ames Laboratory, tilbød nye svar på et puslespil, der længe har hindret kemikere:Når man beregner den forventede tiltrækning mellem vand og alkanmolekyler i en alkanrig opløsning, videnskabsmænd finder ud af, at deres svar ikke stemmer overens med eksperimentelle resultater.

Asthagiri og kolleger viste, at underliggende elektrostatiske og polarisationseffekter - ting, der anses for uvæsentlige i konventionelle tilgange - er afgørende for nøjagtig simulering af vand-alkanopløselighed.

Chapman, William W. Akers professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab og associeret dekan for ingeniørvidenskab for energi, sagde, at forskningen kunne have vidtrækkende virkninger på områder så forskellige som biologi, miljøsystemer og energi- og kemikalieproduktion.

"Simuleringer bruges i stigende grad til at forstå, og potentielt at manipulere, processer på nanoskala, " sagde Chapman. "For eksempel, vores resultater kunne tilbyde ny indsigt til dem, der studerer fri-energi overflader relateret til proteinfoldning og proteindenaturering. De kunne være nyttige til bedre at fortolke MR-scanninger og til at forudsige skæbnen for forurenende stoffer i miljøet. Inden for energiproduktion, indsigt fra dette arbejde kan være nyttig til at forbedre flowsikring, forebyggelse af korrosion og forbedring af processer på andre måder, der reducerer omkostninger og miljøpåvirkninger."

Chapman sagde, at hans gruppe håber at bygge videre på arbejdet med fremtidige modeller, der inkorporerer kvantekorrektioner til både partiklernes bevægelse og til vurdering af interatomiske interaktioner, noget, der kun er blevet muligt gennem de seneste fremskridt inden for både parallel computing og lineær skalering af kvantekemiske beregninger.