“Agregados moleculares de pre-nucleación en la atmósfera”

Resumen:

Los mecanismos de formación de partículas atmosféricas desde la fase gaseosa todavía no han sido descriptos de forma satisfactoria. Dado el tamaño mínimo que los distingue y la consecuente inaccesibilidad experimental, los agregados de pocas moléculas, que anteceden a los procesos de nucleación y crecimiento, vienen principalmente estudiados desde el punto de vista teórico computacional. En este contexto de investigación se ha registrado una falta de sistematización de los resultados. Por esta razón, en primer lugar, se ha realizado un estudio sistemático de agregados bimoleculares compuestos por uno de los más importantes agentes atmosféricos nucleantes, el ácido sulfúrico H2SO4, y otros tipos de moléculas, llamadas partners (AY), de relevancia en la físico-química atmosférica. Las moléculas que constituyen estos sistemas moleculares interaccionan entre sí a través enlaces de tipo no covalente, principalmente por medio de puentes de hidrógeno. De forma sistemática han sido modificadas las estructuras de las moléculas AY con el fin de estudiar las variaciones de los parámetros físicos como la energía de interacción (binding) o la termoquímica de asociación. Los resultados logrados, aplicando la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), han mostrado que los Orbitales Moleculares de Frontera (FMOs) juegan un papel muy importante antes y después de la formación de los agregados moleculares. Sobre la base de los resultados obtenidos en la primera fase de estudio se ha creado un método de investigación fundamentado en el estudio de los orbitales moleculares de frontera HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) y LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital), llamado método DOHL (proveniente de los términos Delta-Orbital-HOMO-LUMO). Este método tiene la ventaja de muestrear las configuraciones moleculares iniciales de cálculo sobre la base de un criterio de tipo no estadístico y esto lleva de manera más eficiente al descubrimiento de los mínimos de energía sobre la Superficie de Energía Potencial (PES). La aplicación de DOHL sobre agregados moleculares de tres moléculas (H2SO4-AY-H2O) ha permitido reproducir los resultados ya brindados en la bibliografía y el estudio de nuevos sistemas de interés. Finalmente se ha aplicado el método ideado a una tipología de agregados moleculares que son muy importantes en la ciencia en general y que complementan los estudios que los investigadores de Física de la Atmósfera han producido en contextos específicos de investigación. Ellos son los agregados moleculares formados por sólo moléculas de agua (H2O)n con n ≤ 6. Los resultados han demostrado que DOHL permite encontrar las geometrías de mínimo global rápidamente y que se pueden detectar caminos de agregación molecular, todavía no investigados, que hay que tener en cuenta en los estudios de nucleación homogénea de agua.

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