Estudio computacional de reacciones químicas en entornos acuosos

En este trabajo hemos estudiado aspectos dinámicos y de equilibrio relacionados con procesos reactivos que toman lugar en agregados acuosos, mediante técnicas de simulación de Dinámica Molecular. La metodología empleada consiste en un esquema mixto cuántico-clásico, que involucra un cálculo de estructura electrónica sobre una porción del sistema -aquella en la cual la densidad electrónica cambia sustancialmente durante la reacción- en conjunto con potenciales empíricos de campo medio para modelar el solvente. Investigamos en primer lugar la dinamica del desprendimiento electrónico en Ioduro producido por una excitación electrónica, en agregados acuosos, Iˉ(H2O)n, con N entre 6 y 100. Nuestro objetivo estuvo focalizada en el análisis de los efectos térmicos y de tamaño sobre los mecanismos microscópicos que gobiernan la reacción de desprendimiento. Nuestras simulaciones indican que la excitación electrónica genera estados electrónicos altamente difusos en los agregados más pequeños, favoreciendo la estabilización del solvente. Los tiempos característicos del proceso de relajación del solvente resultaron ser del orden de 0.05-0.1 p8. En segundo lugar estudiamos la reacción de disociación de ácido nítrico en agregados acuosos, HNO3(H20)n. Para ello utilizamos la metodología mixta, resolviendo el problema de estructura electrónica a través del formalismo de los Funcionales de la Densidad (DFT). Un aspecto importante de nuestra motivación fue saber el número mínimo de moléculas de agua necesarias para convertir la disociación del ácido en un proceso espontáneo. Al respecto, nuestras simulaciones muestran la existencia de un valor umbral por debajo del cual la disociación no ocurre, que se encuentra entre 3 ≤ N ≤ 10. Finalmente estudiamos la dinamica de la reacción de transferencia de protón entre ácido bromhídrico y el ion hidroxilo que toma lugar en agregados acuosos pequeños, con N = 2 y 6 moléculas de agua. En este último caso agregamos un ingrediente más en la modelización del solvente, incorporando explícitamente los efectos de polarización