Simulación molecular de disoluciones de electrolitos

Abstract

Trabajo de Máster Universitario en Simulación Molecular (2020/21). Directores: Dra. Dña. María Martín Conde ; Dr. D. Carlos Vega de las Heras. En este trabajo, se ha desarrollado un nuevo modelo de potencial basado en cargas escaladas para NaCl. En trabajos anteriores presentamos el modelo Madrid-2019 utilizando una carga de ±0,85 e. En este trabajo en cambio, exploramos diferentes valores de cargas para los iones con el fin de reproducir los valores experimentales de propiedades de transporte que eran sobreestimados con el modelo Madrid-2019 y aún más con modelos de cargas unitarias. Este nuevo modelo de potencial se denominará Madrid-Transport y se trata de un modelo no polarizable para ser utilizado con el modelo de agua TIP4P/2005. Se han empleado cargas de ±0,75 e para los iones Na+ y Cl− para describir con precisión no sólo las densidades sino también las viscosidades y los coeficientes de difusión de disoluciones acuosas de NaCl en todo el intervalo de concentraciones hasta el límite de solubilidad experimental del cloruro sódico. Sin embargo, la disminución de la carga de los iones lleva a una peor descripción de otras propiedades como el descenso crioscópico del hielo, la predicción de la temperatura a la que ocurre el máximo en densidad (a presión atmosférica) o la tensión superficial. Esta última magnitud puede describirse correctamente utilizando una carga de ±0,92 e con un nuevo modelo también desarrollado en este trabajo llamado Madrid-Interfacial.

In this work we have developed a new force field based on scaled charges for NaCl. Previously, we have presented the Madrid-2019 model using a charge of ±0.85 e. In this work we explore different values of charge for the ions in order to reproduce several transport properties which were overestimated with Madrid-2019 force field and with unit charge models. This force field named as Madrid-Transport is a nonpolarizable model which can be used with the TIP4P/2005 water model. A charge of ±0.75 e for Na+ and Cl− ions has been employed to describe accurately not only the densities but also the viscosities and diffusion coefficients of NaCl aqueous solutions in all the concentrations interval up to the experimental solubility limit of NaCl. Decreasing the charge of the NaCl gets worse the description of other properties such as the freezing depression of ice, the prediction of temperature of maximum density (at room pressure) or interfacial tension. The last one which can be described properly using a charge of ±0.92 e with a new force field also developed in this work called Madrid-Interfacial.