Chemische ingenieurs van Rice University hebben het meest realistische computermodel gebruikt dat ooit is bedacht om de precieze atomaire en moleculaire interacties te simuleren die een rol spelen wanneer water zich vermengt met alkanen, een familie van koolwaterstoffen die methaan omvat, propaan en andere uit aardolie en aardgas geraffineerde producten, zoals paraffine.

In een nieuwe studie die deze maand in de Tijdschrift voor Chemische Fysica , Rijstonderzoekers Dilipkumar Asthagiri, Arjun Valiya Parambathu en Walter Chapman, evenals voormalig afgestudeerde student Deepti Ballal van Ames Laboratory, bood nieuwe antwoorden op een puzzel die chemici al lang belemmert:bij het berekenen van de verwachte aantrekkingskracht tussen water en alkaanmoleculen in een alkaanrijke oplossing, wetenschappers ontdekken dat hun antwoorden niet kloppen met experimentele resultaten.

Asthagiri en collega's hebben aangetoond dat onderliggende elektrostatische en polarisatie-effecten - dingen die in conventionele benaderingen als onbelangrijk worden beschouwd - van cruciaal belang zijn voor een nauwkeurige simulatie van de oplosbaarheid in water en alkaan.

Chapman, de William W. Akers Professor of Chemical and Biomolecular Engineering en associate dean of engineering for energy, zei dat het onderzoek verstrekkende gevolgen zou kunnen hebben op uiteenlopende gebieden als biologie, milieusystemen en energie- en chemische productie.

"Simulaties worden steeds vaker gebruikt om te begrijpen, en mogelijk te manipuleren, processen op nanoschaal, "Zei Chapman. "Bijvoorbeeld, onze resultaten zouden nieuw inzicht kunnen bieden aan degenen die vrije-energie-oppervlakken bestuderen die verband houden met eiwitvouwing en eiwitdenaturatie. Ze kunnen helpen bij het beter interpreteren van MRI-scans en bij het voorspellen van het lot van verontreinigingen in het milieu. Bij de productie van energie, inzichten uit dit werk kunnen nuttig zijn voor het verbeteren van de stroomzekerheid, het voorkomen van corrosie en het verbeteren van processen op andere manieren die de kosten en de impact op het milieu verminderen."

Chapman zei dat zijn groep hoopt voort te bouwen op het werk met toekomstige modellen die kwantumcorrecties bevatten voor zowel de beweging van de deeltjes als bij het beoordelen van interatomaire interacties, iets dat alleen haalbaar is geworden door recente ontwikkelingen in zowel parallelle computing als lineaire kwantumchemische berekeningen.