Rice University kemiingenjörer har använt den mest realistiska datormodellen som hittills utarbetats för att simulera de exakta atomära och molekylära interaktionerna som spelar in när vatten blandas med alkaner, en familj av kolväten som inkluderar metan, propan och andra produkter raffinerade från petroleum och naturgas, såsom paraffin.

I en ny studie publicerad denna månad i Journal of Chemical Physics , Risforskarna Dilipkumar Asthagiri, Arjun Valiya Parambathu och Walter Chapman, såväl som tidigare doktorand Deepti Ballal från Ames Laboratory, erbjöd nya svar på ett pussel som länge har hindrat kemister:När man beräknar den förväntade attraktionen mellan vatten och alkanmolekyler i en alkanrik lösning, forskare finner att deras svar inte stämmer överens med experimentella resultat.

Asthagiri och kollegor visade att underliggande elektrostatiska effekter och polarisationseffekter - saker som anses oviktiga i konventionella metoder - är avgörande för exakt simulering av vatten-alkanlöslighet.

Gårdfarihandlare, William W. Akers professor i kemi- och biomolekylär teknik och biträdande dekanus för energiteknik, sa att forskningen kan ha långtgående effekter inom så olika områden som biologi, miljösystem och energi- och kemikalieproduktion.

"Simuleringar används alltmer för att förstå, och potentiellt att manipulera, processer på nanoskala, " sade Chapman. "Till exempel, våra resultat skulle kunna erbjuda ny insikt för dem som studerar ytor med fri energi relaterade till proteinveckning och proteindenaturering. De skulle kunna vara till hjälp för att bättre tolka MRT-skanningar och för att förutsäga föroreningars öde i miljön. Inom energiproduktion, insikter från detta arbete kan vara användbara för att förbättra flödessäkring, förhindra korrosion och förbättra processer på andra sätt som minskar kostnader och miljöpåverkan."

Chapman sa att hans grupp hoppas kunna bygga vidare på arbetet med framtida modeller som inkluderar kvantkorrigeringar för både partiklarnas rörelse och vid bedömning av interatomära interaktioner, något som bara har blivit genomförbart genom de senaste framstegen inom både parallell beräkning och linjärskalning av kvantkemiska beräkningar.