Estudo em simulação Monte Carlo de sistemas coloidais com descontinuidade dielétrica - Afonso, Ronaldo Adriano da Silva (2012)
Neste trabalho realizamos simulações em Monte Carlo no ensemble canônico, a fim de estudar as propriedades de equilíbrio em sistemas coloidais carregados, onde as partículas coloidais tˆem uma constante dielétrica diferente daquela que define o solvente na qual o sistema está imerso. Inicialmente, revisamos a teoria Poisson-Boltzmann (PB), usada no contexto do modelo primitivo restrito dentro de uma cavidade de Wigner-Seitz (WS) sem descontinuidade dieletrica, derivando a forma de obtenção dos perfis de campo eletrico e de densidade de microıons no entorno do coloide. Comparamos algumas propriedades tıpicas de sistemas coloidais, tais como carga integrada e carga efetiva, com simulação Monte Carlo, a fim de mostrar os limites de validade de PB. Em seguida, revisamos a teoria para esferas dieletricas, procurando estabelecer de que forma a descontinuidade dieletrica presente na interface entre a macromolecula e o solvente no qual ela está imersa é responsavel pelo aparecimento da indução de carga superficial por polarização. Analisamos a solução do problema eletrostatico via metodo das imagens de Kelvin e contra-imagens, procurando estabelecer uma forma economica do ponto de vista computacional para o calculo da energia de interação eletrostatica. Aplicamos então esta forma ao calculo de diversas propriedades de um coloide fixado no centro de uma celula de WS, usando simulação Monte Carlo para diferentes cenarios: na ausencia de sal, na presen¸ca de sais monovalentes e divalentes, com a carga do coloide sendo variada. Quando comparados com formas alternativas de analise do efeito de polarização de carga sobre propriedades como perfis de densidade de contra-ıons e coıons, potencial zeta e carga efetiva, nossos resultados indicam uma redução dos efeitos de renormalização de carga produzidas pela induçao de carga superficial, em todos os cenarios investigados.