Propiedades termodinámicas y estructurales de nanoagregados de agua y de la interfase hielo-aire

Estudiamos por Monte Carlo y Dinámica Molecular la estructura y termodinámica de nanoagregados de agua de entre 4 y 200 moléculas. Utilizamos la capacidad calórica de los agregados para seguir las transiciones entre estructuras más ordenadas (tipo "sólido") y menos ordenadas (tipo "líquido"). La correlación hallada entre las estructuras y el momento dipolar total del agregado puede servir para distinguir entre agregados tipo "sólido" y tipo "líquido" en los experimentos. Hallamos una gran dependencia de las temperaturas de transición con el modelo de agua y el tamaño del agregado. En base a las distribuciones de un parámetro de orden pudimos distinguir dos poblaciones de agua (más y menos tetraédrica), aún en agregados tipo "líquido", cuyas proporciones varían en función de la temperatura y de la región del agregado (centro o superficie). Estudiamos también la interfase hielo-vapor para sistemas macroscópicos, por Dinámica Molecular y por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Las simulaciones nos permitieron ver con detalle molecular la interacción de puntas modelo con la capa cuasi-liquida, y a la vez estudiar la indentación del hielo. Observamos que durante la indentación nunca desaparece la capa cuasil líquida entre la punta y el hielo, y pudimos calcular la energía libre de la fusión capa por capa inducida por la punta. En el caso de una punta hidrofílica, hallamos indicios de una capilaridad entre la misma y la capa cuasi-líquida. Para las mediciones experimentales, modificamos un AFM comercial de modo de poder generar una interfase hielo-aire de geometría adecuada y controlar el sobre-enfriamiento y la humedad relativa y temperatura del aire en contacto con la muestra, y realizamos curvas de fuerza sobre dicha interfase. Los resultados obtenidos permiten discutir la validez de las mediciones reportadas en la bibliografía, y sugieren una cota máxima para los espesores reales de la capa cuasi-líquida sobre hielo. A su vez, estimamos espesores de la capa cuasi-líquida presente entre la punta y el hielo durante la indentación