Κατανόηση του φαινομένου της πλαστικοποίησης ατμοσφαιρικών οργανικών ενώσεων από το νερό μέσω μοριακών προσομοιώσεων

Τα αεροζόλ αποτελούνται από πλήθος οργανικών ενώσεων, πολλές εκ των οποίων δεν έχουν μελετηθεί σχεδόν καθόλου μέχρι σήμερα. Δυσκολίες στο στάδιο της εργαστηριακής σύνθεσης ή του καθαρισμού αυτών των ενώσεων μπορούν να προσπεραστούν σήμερα με τη χρήση λεπτομερών μοριακών προσομοιώσεων.  Επειδή στην ατμόσφαιρα οι ενώσεις αυτές βρίσκονται συχνά αναμεμειγμένες με άλλες οργανικές ή ανόργανες ενώσεις καθώς και με νερό (υγρασία), έχει μεγάλο ενδιαφέρον η μελέτη της επιρροής της υγρασίας στις φυσικοχημικές ιδιότητες (συντελεστή διάχυσης, θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης) αυτών των ενώσεων. 

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, ο φοιτητής θα εκπαιδευτεί αρχικά στις βασικές έννοιες της μοριακής προσομοίωσης με έμφαση στη μέθοδο της μοριακής δυναμικής ατομιστικής λεπτομέρειας (atomistic molecular dynamics, atomistic MD). Θα μάθει να κάνει χρήση υπερυπολογιστικών συστημάτων και bash scripting, όπως και να  δουλεύει σε περιβάλλον Linux.  Στη συνέχεια, με τη βοήθεια αυτών των υπολογιστικών εργαλείων, θα μελετήσει την πλαστικοποίηση της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης και του συντελεστή διάχυσης οργανικών ενώσεων μεγάλου ενδιαφέροντος σήμερα, όπως το cis-pinonic acid και το  3-methyl-1,2,3-butanetricarboxylic acid (MBTCA), ως συνάρτηση της υδατικής περιεκτικότητας. Οι θερμοκρασίες υαλώδους μετάπτωσης θα υπολογιστούν μέσα από προσομοιώσεις ψύξεις κατά τις οποίες θα παρατηρηθούν ιδιότητες όπως η πυκνότητα και η ενθαλπία συναρτήσει της θερμοκρασίας, ενώ οι συντελεστές διάχυσης θα εκτιμηθούν παρακολουθώντας τη χρονική εξέλιξη της μέσης τετραγωνικής μετατόπισης του κέντρου μάζας των μορίων στο μίγμα με το νερό, στο κελί της προσομοίωσης.

Η διπλωματική προσφέρεται σε συνεργασία με την ομάδα του κ. Πανδή. 

Βιβλιογραφία:

[1]. P. Siachouli, K.S. Karadima, V.G. Mavrantzas, S.N. Pandis, "The effect of functional groups on the glass transition temperature of atmospheric organic compounds: a molecular dynamics study", Soft Matter, 20, 4783-4794 (2024).
[2]. H.P. Dette, M. Qi, D.C. Schröder, A. Godt, Th. Koop, "Glass-Forming Properties of 3‑Methylbutane-1,2,3-tricarboxylic Acid and Its Mixtures with Water and Pinonic Acid", J. Phys. Chem. A, 118, 7024–7033 (2015).