Cinética de nucleación y cristalización de líquidos tetraédricos - Gianetti, Melisa Mariel (2017)
El objetivo principal de esta tesis consistió en el estudio de la cinética de nucleación y crecimiento de agua y líquidos similares a esta en cuanto a su estructura tetraédrica, mediante simulaciones computacionales y experimentos. Para los estudios computacionales se utilizó un método de muestreo avanzado denominado Forward- flux sampling (FFS), que permite el estudio de eventos raros como la nucleación. Para este estudio se utilizó el modelo de agua (mW), basado en el modelo de Stillinger y Weber (SW) y reparametrizado por Molinero y Moore (J. Chem. Phys. B (2009) 113, 4008). Este modelo cuenta con un término de interacción de tres cuerpos que depende de un parámetro de tetraedricidad (λ). En este trabajo se analizó la dependencia de la cinética de nucleación con λ en sistemas bulk, películas delgadas con interfase líquido-vapor y películas delgadas en contacto con superficies de variada hidro-filicidad. En sistemas bulk se observó que la cinética de nucleación está principalmente determinada por la dependencia de la diferencia del potencial químico entre las fases líquida y sólida. En interfases líquido-vapor se observó que el efecto de la interfase en la cinética de nucleación depende de λ, siendo la velocidad de nucleación mayor para películas delgadas que para sistemas bulk para λ = 21, observándose lo opuesto para λ ≥ 22. La presencia de una superficie acelera la cinética de nucleación, siendo esta influencia mucho mayor que el efecto de la estructuración del líquido, dado por λ. Además, se estudió la cinética de crecimiento de hielo sobre mica por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Estos experimentos, permitieron estimar la velocidad de crecimiento entre 2,5 y 5,0 K de sobreenfriamiento mediante el análisis de curvas de fuerza. Los resultados obtenidos indican que la velocidad de crecimiento de hielo en este intervalo de temperaturas y HR de alrededor de 120% es de 26±12 nm•min^1. La importancia de estos resultados radica en que el presente trabajo es el primero en el que la técnica de AFM es utilizada para estudiar la cinética de crecimiento de hielo sobre superficies.