Macro and nano scale modelling of water–water interactions at ambient and low temperature: relaxation and residence times

文献情報

出版日 2016-01-12
DOI 10.1039/C5CP06791J
インパクトファクター 3.676
著者

Diego Prada-Gracia


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要旨

The decay dynamics of ambient and low temperature liquid water has been investigated through all-atom molecular dynamics simulations, residence times calculations and time correlation functions from 300 K down to 243 K. Those simulations replicate the experimental value of the self-diffusion constant as a function of temperature by tuning the damping factor of the Langevin equation of motion. A stretched exponential function exp[−(t/τ)β] has been found to properly describe the relaxation of residence times calculated at different temperatures for solvent molecules in a nanodrop of free water modelled as a sphere of nanometric dimensions. As the temperature goes down the decay time τ increases showing a divergence at Ts = 227 ± 3 K. The temperature independence of the dimensionless stretched exponent β = 0.59 ± 0.01 suggests the presence of, not a characteristic relaxation time (since β ≠ 1), but a distribution of decay times that also holds at low temperature. An explanation for such heterogeneity can be found at the nanoscopic level. Moreover it can be concluded that the distribution of times already reported for the dynamics of water surrounding proteins (β ≤ 0.5) can not be exclusively due to the presence of the biomolecule itself since isolated water also exhibits such behaviour. The above reported Ts and β values quantitatively reproduce experimental data.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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