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Termodinámica del agua en sistemas nanoscópicos. En este trabajo de tesis se investigaron fenómenos físico-químicos que se ponen de mani- fiesto en sistemas confinados y de escala nanométrica. Se analizaron dos tipos de sistemas principalmente: (i) clusters de agua en equilibrio con su vapor y (ii) Agua confinada interactuando con superficies de distinta hidrofobicidad a nivel nanoscópico. Los clusters de agua suponen sistemas de interés que ponen a prueba las ecuaciones fundamentales y las hipótesis de la termodinámica macroscópica. La variación de la presión de vapor con la curvatura de una superficie está descrita por la ecuación de Kelvin y la corrección de Tolman para la tensión superficial, donde ambas se derivan bajo las suposiciones de la termodinámica macroscópica. La capacidad de estas ecuaciones de describir la presión de vapor en sistemas nanoscópicos es cuestión de controversia en la literatura. Por esto se investigó el rango de aplicabilidad de estas ecuaciones encontrando que su validez se extiende a tama~nos muy peque~nos, y que a su vez es posible justificar sus desviaciones con argumentos termodinámicos. Entender cómo se modifica la presión de vapor de estos agregados, ya sean puros o en mezclas binarias o ternarias, juega un papel central en la comprensión del proceso de generación de aerosoles en la atmósfera. Sin embargo, esta información no es de fácil acceso a través de experimentos, ni por simulaciones. El confinamiento en materiales nano y mesoporosos produce cambios en las propiedades físico-químicas del agua, y supone un medio muy prominente para distintas aplicaciones tecnológicas como (foto)catálisis, sorción, sensores, biomateriales, etc. Es por esto que resulta importante el estudio básico de estas propiedades. En particular se estudió el fenómeno de equilibrio líquido-vapor en nanoporos, adsorción (condensación capilar) y desorción en equilibrio y fuera del equilibrio (cavitación), en función de la hidrofilicidad de superficies tanto homogéneas como heterogéneas, las cuales se caracterizaron en términos del ángulo de contacto y la energía de adsorción. Para realizar el trabajo planteado se recurrió a diversas herramientas computacionales. Se utilizó el programa de código abierto LAMMPS para realizar dinámicas moleculares. Se implementó una rutina de Monte Carlo de intercambio de partículas con un reservorio gaseoso que permite trabajar a potencial químico (μ) constante y de esta forma determinar la presión de vapor de un sistema. Se desarrolló un esquema de simulación que permite calcular presiones de vapor en sistemas que presentan interfase y que puede aplicarse independientemente de la geometría de esta, al que se llamó barrido gran canónico (GCS) por sus siglas en inglés. A su vez se desarrollaron diversas herramientas de análisis de datos basadas en protocolos de bibliografía para determinar ángulos de contacto y energía de adsorción.

Fil:Acosta, Andrea. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.