Μελέτη υδατικών και οργανικών διαλυμάτων επιφανειοδραστικών ουσιών μέσω στατιστικής μηχανικής θεωρίας και υπολογιστικών μεθόδων-προσομοιώσεων
Authors: Καινουργιάκης Εμμανουήλ 
Published: November 2021

Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα συστηματικής μελέτης των ιδιοτήτων συστημάτων επιφανειοδραστικών ουσιών (συγκεκριμένα της ενώσεως χλωρίδιο του Ν,Ν,Ν-τριμεθυλοδεκανο-1-αμινίου) σε νερό μέσω Στατιστικής Μηχανικής και προσομοιώσεων ατομιστικής Μοριακής Δυναμικής. Αρχικά μελετήθηκε ο σχηματισμός μικυλλίων της κατιοντικής αυτής επιφανειοδραστικής ουσίας σε υδατικό διάλυμα. Στη συνέχεια διερευνήθηκε ο εγκλεισμός σε αυτά μορίων 1-δεκατετρενίου (C14) και, ακολούθως, η προσρόφηση μοριακού υδρογόνου (H2) ατο μικυλλιακό σύστημα.Η θεωρητική-υπολογιστική αυτή μελέτη πραγματοποιήθηκε με την χρήση δυναμικού ενοποιημένου ατομιστικού προτύπου το οποίο περιγράφει λεπτομερώς τα υπό μελέτη μόρια. Το χρονικό διάστημα ήταν της τάξεως των μικροδευτερολέπτων (μs), με αποτέλεσμα την επίτευξη θερμοδυναμικής ισορροπίας του μικυλλιακού συστήματος, γεγονός το οποίο μέχρι πρότινος δεν είχε επιτευχθεί σε αντίστοιχες υπολογιστικές εργασίες της διεθνούς βιβλιογραφίας. Αξίζει να τονιστεί ότι οι περιορισμένες χρονικά προσομοιώσεις προηγούμενων εργασιών του ερευνητικού πεδίου αυτού, καθιστούν την μελέτη της διαδικασίας εγκλεισμού μορίων σε μικύλλια προβληματική.Παρά το γεγονός ότι υπάρχει πλήθος πειραματικών ερευνών οι οποίες είναι επικεντρωμένες στη μελέτη μικυλλιακών συστημάτων, το ερώτημα των μικροσκοπικών μηχανισμών που διέπουν την διαδικασία σχηματισμού των μικυλλίων δεν έχει απαντηθεί πλήρως. Επιπροσθέτως, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι, παρά την εκτενή του χρήση σε βιομηχανικές εφαρμογές, τα δημοσιευμένα αποτελέσματα που αφορούν το χλωρίδιο του Ν,Ν,Ν-τριμεθυλοδεκανο-1-αμινίου είναι εξαιρετικά περιορισμένα, τόσο σε θεωρητικό-υπολογιστικό, αλλά ακόμα και σε πειραματικό επίπεδο.Στην παρούσα διατριβή σε σχέση με τα υπό μελέτη συστήματα ετέθησαν στοχευμένα ερωτήματα, που αφορούν τη διαδικασία της μικυλλιοποίησης, καθώς και τις ιδιότητες των σχηματιζόμενων συσσωματωμάτων, ολιγομερών και μικυλλίων. Συγκεκριμένα διερευνήθηκε ο βαθμός συσσωμάτωσης των μονομερών στο σύστημα, η κρίσιμη συγκέντρωση μικυλλιοποίησης, πέραν της οποίας παρατηρείται ο σχηματισμός μικυλλίων, καθώς και η κατανομή μεγεθών των συσσωματωμάτων, η οποία αποδεικνύεται ότι αποτελεί ένα από τα βασικότερα κριτήρια ελέγχου επίτευξης θερμοδυναμικής ισορροπίας ενός τέτοιου συστήματος. Επιπλέον, δόθηκε ιδιαίτερη σημασία στην συμπεριφορά ως προς την διάχυση των επιφανειοδραστικών μορίων στο υπό μελέτη διάλυμα. Επίσης, μελετήθηκε διεξοδικά η διαδικασία εγκλεισμού μορίων C14 κατά τον σχηματισμό των μικυλλίων, καθώς και η επίδραση, στις προαναφερθείσες ιδιότητες του μικυλλιακού συστήματος, της υπάρξεως μορίων C14 εντός του διαλύματος.Τέλος, στο ήδη διαμορφωμένο μικυλλιακό σύστημα με τα εγκλωβισμένα μόρια C14 διερευνήθηκε η προσρόφηση μοριακού υδρογόνου από τα μικύλλια, ενώ εξήχθησαν συμπεράσματα που αφορούν τη σχετική του θέση ως προς τον διπλό δεσμό του ακόρεστου οργανικού μορίου C14. Συμπεράσματα από την τελευταία διερεύνηση προσφέρουν σημαντική πληροφορία, η οποία θα μπορούσε να οδηγήσει στην περαιτέρω μελέτη του μοριακού μηχανισμού υδρογόνωσης των αλκενίων σε μικυλλιακά συστήματα.