Estudio DFT de la interaccion agua-heliceno

ZUBIETA CAROLINA; FERULLO R.

Congreso; 108° RAFA Reunión Anual de Física 2023; 2023

Los hidrocarburos policıclicos aromaticos (PAH, por su sigla en ingl´es) son moleculas con multiples anillos aromaticos condensados. Se cree que los PAHs son componentes importantes del material carbonoso presente en el medio interestelar. Por otro lado, el agua es abundante en nubes interestelares present´andose como moleculas libres, formando partıculas de hielo, o como mantos en granos de polvo. Se ha propuesto que los PAHs pueden servir de base para el crecimiento de agregados de agua; asimismo, algunas reacciones como la hidrogenacion de PAHs podrıan producirse a partir de complejos moleculares mixtos PAH-H2O. La mayor´ıa de los PAHs son planares, pero tambien se pueden encontrar estructuras no planares como los helicenos. Estas moleculas estan compuestas por anillos arom´aticos condensados secuencialmente adoptando una conformacion helicoidal. Se ha propuesto que los helicenos pueden formar parte de nubes interestelares. En este trabajo estudiamos la interaccion entre una molecula de agua y siete tipos de helicenos, entre 4 y 10 anillos. Para ello utilizamos la aproximaci´on DFT (density functional theory) mediante el funcional vdW-DF2, que incluye correcciones para las fuerzas de van der Waals, tal como estan implementado en el programa VASP. La mol´ecula de [4]heliceno, aunque pequena, ya posee una estructura no planar. En [7]heliceno existe una superposicio´n entre el primer anillo y el ultimo. A medida que el heliceno aumenta de tamano, los anillos superpuestos que pertenecen a capas distintas estan cada vez a menor distancia. Las energıas de interaccion entre la molecula de agua y los helicenos, medidas en relacion a las moleculas libres, var´ıan aproximadamente entre -180 y -200 meV. Estas interacciones son m´as intensas que con los correspondientes acenos (PAHs de cadenas lineales) de igual nu´mero de anillos, que poseen energ´ıas de interaccio´n de alrededor de -140 eV. Con [4] y [5]helicenos, la interacci´on es comparativamente d´ebil, de -180 meV, pasando a ser m´as estable con [6]heliceno (-206 meV); para [7], [8] y [9]helicenos, los valores est´an entre -190 y -200 meV, estabilizandose algo m´as en [10]heliceno (-204 meV). En helicenos con tamano entre 4 y 7 anillos, la molecula de agua se ubica preferentemente unida a la vez con los anillos primero y ultimo, resultado que se relaciona con la mayor aromaticidad observada en los anillos terminales. Sin embargo, a partir del [8]heliceno, el espacio del surco no es lo suficientemente grande como para albergar a la mol´ecula de agua debido a las fuertes interacciones interplanares. En estos casos la molecula de agua se enlaza preferentemente sobre algunos de los primeros cuatro anillos de la estructura. El interes de este trabajo radica en que la uni´on entre una molecula de agua y una de PAH (heliceno en este caso) constituye el primer paso hacia la posible formacion de pequenas partıculas de hielo en el espacio interestelar.