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Jul 23, 2023

Desvendando a dinâmica e a estrutura da água

23 de agosto de 2023 Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

23 de agosto de 2023

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pela Universidade de Chiba

Complexos contendo lantanídeos são compostos importantes para processamento sofisticado de combustível nuclear e imagens médicas. Além disso, eles geralmente possuem estruturas cristalinas simétricas interessantes e dinâmicas associadas que conferem propriedades únicas para aplicações práticas. O complexo de lantanídeos de sete coordenadas Ho(III) aqua-tris(dibenzoilmetano) ou Ho-(DBM)3·H2O foi relatado pela primeira vez no final da década de 1960.

Possui uma estrutura simétrica tripla com hólmio (Ho) no centro de três ligantes de dibenzoilmetano (DBM) em forma de hélice e uma molécula de água (H2O) ligada por hidrogênio aos ligantes. Infelizmente, a compreensão da dinâmica molecular (MD) de tais complexos de lantanídeos tem sido limitada devido aos desafios na descrição de suas interações usando a estrutura clássica de MD.

Isso motivou uma equipe de pesquisadores da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Chiba, liderada pelo Professor Associado Takahiro Ohkubo, a elucidar a estrutura e a dinâmica do complexo Ho-(DBM)3·H2O. Este estudo foi publicado na Inorganic Chemistry e é de coautoria do Professor Associado Hyuma Masu, do Professor Keiki Kishikawa e do Professor Associado Michinari Kohri.

"Considera-se que as ligações de hidrogênio entre a molécula de água e os ligantes que cercam o Ho desempenham um papel importante na formação da estrutura simétrica do novo complexo de lantanídeos. Depois de sintetizar seu cristal único e amostras a granel, o próximo passo lógico foi modelar este complexo para testar esta hipótese e compreender sua estrutura e dinâmica", explica o Dr. Ohkubo.

Considerando as deficiências dos campos de força gerais existentes (uma forma funcional usada para estimar forças entre átomos) em descrever satisfatoriamente as interações de metais lantanídeos como Ho, os pesquisadores desenvolveram novos parâmetros de campo de força para conduzir simulações MD clássicas do Ho-( Complexo DBM)3·H2O. Eles realizaram otimização estrutural e etapas MD usando cálculos ab initio baseados no método pseudopotencial de onda plana para produzir dados de treinamento para o desenvolvimento de campos de força.

Além disso, a equipe ajustou os parâmetros do campo de força para as simulações para reproduzir os dados obtidos nos cálculos ab initio. Eles validaram o novo campo de força assim obtido usando tanto as informações experimentais da estrutura cristalina quanto os dados teóricos ab initio. A constante de rede e as distâncias atômicas em torno de Ho calculadas usando os novos parâmetros do campo de força foram encontradas em boa concordância com as observações da difração de raios X de cristal único.

Ao examinar as propriedades vibracionais da água no complexo Ho-(DBM)3·H2O e compará-las com as da água líquida a granel, eles observaram que o movimento vibracional da água no complexo tinha um modo característico.

Originou-se do movimento rotacional estacionário ao longo do eixo c de Ho-(DBM)3·H2O. Notavelmente, a dinâmica das ligações de hidrogênio da água, incluindo o tempo de vida, em complexos de lantanídeos de sete coordenadas é bastante semelhante à da água em massa, exceto pelo movimento libracional ou alternativo. Esta nova descoberta é contrária às expectativas básicas.

Em resumo, esta estratégia inovadora de desenvolvimento de parâmetros de campo de força para exame clássico de MD revela o papel da dinâmica da água em complexos como Ho-(DBM)3·H2O. Como explica o Dr. da sua estrutura e dinâmica."