Investigation of molecular processes at interfaces  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75328
Type K
Principal investigator Jedlovszky, Pál
Title in Hungarian Határfelületi rendszerekben lejátszódó molekuláris folyamatok vizsgálata
Title in English Investigation of molecular processes at interfaces
Keywords in Hungarian számítógépes szimuláció, felületek, határfelületek, adszorpció, légkörkémia, korom, lipid membránok, amfipatikus molekulák
Keywords in English computer simulation, surfaces, interfaces, adsorption, atmospheric chemistry, soot, lipid membranes, amphiphils
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Surface chemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Participants Gilányi, Tibor
Mészáros, Róbert
Starting date 2009-01-01
Closing date 2012-12-31
Funding (in million HUF) 12.900
FTE (full time equivalent) 2.60
state closed project
Summary in Hungarian
A tervezett kutatómunka során felületeken és határfelületeken lejátszódó molekuláris folyamatokat szeretnénk vizsgálni, elsősorban számítógépes szimulációs módszerekkel. A kapott eredményeket vagy az irodalomban fellelhető kísérleti adatokkal, vagy – leggyakrabban – együttműködő kísérleti partnereink eredményeivel, illetve egyes esetekben az általunk végzett mérések eredményeivel tervezzük összevetni. A tervezett kutatómunka öt fő témára bontható: i) lipid membránokban lejátszódó folyamatok vizsgálata (pl. foszfolipid-gangliozid elegy membránok tulajdonságainak vizsgálata, anesztetikumok hatásmechanizmusának vizsgálata lipid membránokban, ópiumszármazékok és stimuláns drogok membránon keresztüli transzportjának vizsgálata); ii) légkörkémiai szempontból jelentős jelenségek vizsgálata (kis, részlegesen oxidált szénhidrogénszármazékok, pl. hangyasav, aceton adszorpciója jég felületén, víz és policiklusos aromás szénhidrogének adszorpciója koromszemcsék felületén); iii) molekulák rendeződésének vizsgálata fluid-fluid határfelületeken; iv) makromolekulák és tenzidek együttes adszorpciójának vizsgálata vizes oldatok felületén (e témában a szimulációk mellett elmélet kidolgozását és kísérleti vizsgálatokat is tervezünk); és v) víz adszorpciójának vizsgálata magnetit felületén.
Summary
In the frame of the planned research project we plan to investigate molecular processes at surfaces and interfaces, primarily by computer simulation methods. The obtained results will be compared either with experimental results in the literature, or – in most of the cases – with the results of experiments performed by our collaborators, or, in some cases, with the results of experiments also performed in the frame of the present project. The planned research project consists of five main tasks: i) studying lipid membrane related problems (e.g., investigation of the properties of phospholipid-ganglioside mixed membranes, investigation of the mechanism of action of anaesthetic molecules in lipid membranes, investigation of the crossmembrane transport of opioid and stimulant drug molecules); ii) studying atmospheric chemistry related problems (adsorption of small, partially oxidized hydrocarbons, such as formic acid or acetone, at the surface of ice, adsorption of water and of polycyclic aromatic hydrocarbons on soot particles); iii) studying problems related to the molecular ordering at fluid-fluid interfaces; iv) investigation of the co-adsorption of macromolecules and surfactants at the surface of their aqueous solutions (in completing this task we plan to develop a theoretical model and to perform experimental studies besides the computer simulation investigations); and v) investigation of the adsorption of water at the surface of magnetite.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Munkánk során vizsgáltul különböző gőz-folyadék és folyadék-folyadék elegyek határfelületének molekuláris tulajdonságait egy olyan új, általunk kifejlesztett módszer (ITIM) segítségével, mely az átlagos helyett a valódi határfelületet képes figyelembe venni. Megmutattuk, hogy ez a módszer a hasonló algoritmusok között kitűnő kompromisszumot jelen a pontosság és számításigény tekintetében. Vizsgáltuk altató hatású molekulák elrendeződését lipid membránokban. Eredményeink cáfolták azt a korábbi felvetést, miszerint az altató hatás nagy nyomáson a molekulák aggregációja miatt szűnne meg, viszont összhangban voltak a nagyjából ötven éve felállított “kritikus térfogat” hipotézissel. Vizsgáltuk egy sor kis szerves légköri szennyező molekula megkötődését jégszemcséken a magas légkörben uralkodó körülmények között, illetve víz megkötődését különböző aeroszol részecskék és korom szemcsék felületén. Eredményeink mindig jól egyeztek a rendelkezésre álló kísérleti adatokkal, és kiemelték a megkötődött molekulák közötti oldalirányú kölcsönhatások jelentőségét ezekben a légkörkémiailag jelentős folyamatok esetében.
Results in English
In the frame of the present project we have investigated the molecular level properties of various liquid-vapor and liquid-liquid interfaces by means of a novel method developed by us (called ITIM) that is able to take the real, intrinsic interface instead of the average one into account in the calculation. We have shown that among the similar intrinsic surface analyzing methods ITIM represents a nearly optimal compromise between computational cost and accuracy. We have analyzed the arrangement of anesthetic molecules in lipid membranes. Our results contradicted the former hypothesis that pressure reversal of anesthesia would be a consequence of the aggregation of the anesthetic molecules at high pressures, but were consistent with the almost fifty years old “critical volume” hypothesis. We have investigated the adsorption of a set of small, organic air pollutant molecules at the surface of ice under tropospheric conditions, and also that of water at the surface of soot grains and various aerosol particles. Our results always showed a good agreement with available experimental data, and pointed out the importance of the lateral interactions between the adsorbed molecules in these atmospherically relevant chemical processes.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75328
Decision
Yes





 

List of publications

  
P. Jedlovszky, M. Sega, R. Vallauri: GM1 Ganglioside Embedded in a Hydrated DOPC Membrane: A Molecular Dynamics Simulation Study, J. Phys. Chem. B. 113, 4876, 2009
M. Darvas, P. Jedlovszky, G. Jancsó: Free Energy of Mixing of Pyridine and Its Methyl-Substituted Derivatives with Water, As Seen from, J. Phys. Chem. B. 113, 7615, 2009
L. B. Pártay, P. Jedlovszky, G. Horvai: Structure of the Liquid-Vapor Interface of Water-Acetonitrile Mixtures as Seen From Molecular Dynamics Simulations and ITIM Analysis, J. Phys. Chem. C. 113, 18173, 2009
Gy. Hantal, P. Terleczky, G. Horvai, L. Nyulászi, P. Jedlovszky: Molecular Level Properties of the Water-Dichloromethane Liquid/Liquid Interface, as Seen from Molecular Dynamics Simulations and ITIM Analysis, J. Phys. Chem. C. 113, 19263, 2009
E. Tombácz, A. Hajdú, E. Illés, K. László, G. Garberoglio, P. Jedlovszky: Water in Contact with Magnetite Nanoparticles, as Seen from Experiments and Computer Simulations, Langmuir 25, 13007, 2009
P. L. Chau, P. Jedlovszky, P. N. M. Hoang, S. Picaud: Pressure reversal of general anaesthetics: A possible mechanism from molecular dynamics simulations, J. Mol. Liquids 147, 128, 2009
P. Jedlovszky, A. Idrissi, G. Jancsó: Can existing models qualitatively describe the mixing behavior of acetone-water mixtures?, J. Chem. Phys. 130, 124516, 2009
P. Jedlovszky, A. Idrissi, G. Jancsó: Response to “Comment on ‘Can existing models qualitatively describe the mixing behavior of acetone-water mixtures?’”, J. Chem. Phys. 131, 157102, 2009
A. Idrissi, I. Vyalov, P. Damay, M. Kiselev, Y. P. Puhovski, P. Jedlovszky: Local structure in sub- and supercritical CO2: A Voronoi polyhedra analysis study, J. Mol. Liquids 153, 20, 2010
M. Darvas, L. B. Pártay, P. Jedlovszky, G. Horvai: Computer simulation and ITIM analysis of the surface of water-methanol mixtures containing traces of water, J. Mol. Liquids 153, 88, 2010
Gy. Hantal, S. Picaud, P. N. M. Hoang, V. P. Voloshin, N. N. Medvedev, P. Jedlovszky: Water adsorption isotherms on porous onion-like carbonaceous particles. Simulations with the grand canonical Monte Carlo method, J. Chem. Phys. 133, 144702, 2010
M. Szőri, P. Jedlovszky, M. Roeselová: Water adsorption on hydrophilic and hydrophobic self-assembled monolayers as proxies for atmospheric surfaces. A grand canonical Monte Carlo simulation study, Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 4604, 2010
M. Petitjean, Gy. Hantal, C. Chauvin, S. Le Calvé, P. N. M. Hoang, S. Picaud, P. Jedlovszky: Adsorption of Benzaldehyde at the Surface of Ice, Studied by Experimental Method and Computer Simulation, Langmuir 26, 9596, 2010
P. Jedlovszky, G. Garberoglio, R. Vallauri: Dynamical properties of supercooled water close to the liquid-liquid coexistence lines, J. Phys.: Condensed Matter 22, 284105, 2010
Gy. Hantal, M. Darvas, L. B. Pártay, G. Horvai, P. Jedlovszky: Molecular level properties of the free water surface and different organic liquid/water interfaces, as seen from ITIM analysis of computer simulation results, J. Phys.: Condensed Matter 22, 284112, 2010
M. Darvas, K. Pojják, G. Horvai, P. Jedlovszky: Molecular dynamics simulation and identification of truly interfacial molecules (ITIM) analysis of the liquid-vapor interface of dimethyl sulfoxide, J. Chem. Phys. 132, 134701, 2010
M. Jorge, P. Jedlovszky, M. N. D. S. Cordeiro: A Critical Assessment of Methods for the Intrinsic Analysis of Liquid Interfaces: 1. Surface Site Distributions, J. Phys. Chem. C 114, 11169, 2010
M. Jorge, Gy. Hantal, P. Jedlovszky, M. N. D. S. Cordeiro: A Critical Assessment of Methods for the Intrinsic Analysis of Liquid Interfaces: 2. Density Profiles, J. Phys. Chem. C 114, 18656, 2010
K. Pojják, M. Darvas, G. Horvai, P. Jedlovszky: Properties of the Liquid-Vapor Interface of Water-Dimethyl Sulfoxide Mixtures. A Molecular Dynamics Simulation and ITIM Analysis Study, J. Phys. Chem. C 114, 12207, 2010
Mária Darvas, Tibor Gilányi, P. Jedlovszky: Adsorption of Poly(Ethylene-Oxide) at the Free Water Surface. A Computer Simulation Study, J. Phys. Chem. B 114, 10995, 2010
L. B. Pártay, G. Horvai, P. Jedlovszky: Temperature and Pressure Dependence of the Properties of the Liquid-Liquid Interface. A Computer Simulation and ITIM Investigation of the Water-Benzene System, J. Phys. Chem. C 114, 21681, 2010
M. Darvas, S. Picaud, P. Jedlovszky: Molecular Dynamics Simulation of the Adsorption of Oxalic Acid on Ice Surface, ChemPhysChem. 11, 3971, 2010
M. Petitjean, M. Darvas, S. Le Calvé, P. Jedlovszky, S. Picaud: Adsorption of Hydroxyacetone on Pure Ice Surfaces, ChemPhysChem. 11, 3921, 2010
M. Darvas, P. Jedlovszky: Számítógépes szimulációk - a határfelületek modellezésének új eszközei, Magyar Kémikusok Lapja 65, 384, 2010
M. Darvas, T. Gilányi, and P. Jedlovszky: Competitive Adsorption of Surfactants and Polymers at the Free Water Surface. A Computer Simulation Study of the Sodium Dodecylsulfate - Poly(ethylene oxide) System, J. Phys. Chem. B 115, 933, 2011
M. Darvas, M. Jorge, M. N. D. S. Cordeiro, and P. Jedlovszky: Solvation Free Energy Profile of the SCN- Ion Across the Water - 1,2-Dichloroethane Liquid/Liquid Interface. A Computer Simulation Study, J. Phys. Chem. C 115, 11140, 2011
Abdenacer Idrissi, Mikhail Kiselev, Ivan Vyalov, Maxim Fedorov, and Pál Jedlovszky: Heterogeneity of the Local Structure in Sub and Supercritical Ammonia: A Voronoi Polyhedra Analysis, J. Phys. Chem. B 115, 9646, 2011
Abdenacer Idrissi, Ivan Vyalov, Mikhail Kiselev, and Pál Jedlovszky: Assessment of the potential models of acetone/CO2 and ethanol/CO2 mixtures by computer simulation and thermodynamic integration in liquid and supercritical states, Phys. Chem. Chem Phys. 13, 16272, 2011
Milán Szőri, Martina Roeselová, and Pál Jedlovszky: Surface Hydrophilicity Dependent Water Adsorption on Mixed Self-Assembled Monolayers of C7-CH3 and C7-COOH Residues. A Grand Canonical Monte Carlo Simulation Study, J. Phys. Chem. C 115, 19165, 2011
Pál Jedlovszky, Giovanni Garberoglio, and Renzo Vallauri: Collective dynamics of supercooled water close to the liquid-liquid coexistence lines, Phys. Chem. Chem Phys. 13, 19823, 2011
Mária Darvas, Sylvain Picaud, and Pál Jedlovszky: Water adsorption around oxalic acid aggregates: a molecular dynamics simulation of water nucleation on organic aerosols, Phys. Chem. Chem Phys. 13, 19830, 2011
Jedlovszky Pál: Fluid határfelületek modellezése számítógépes szimulációval, Magyar Kémiai Folyóirat 117, 166, 2011
Mária Darvas, Jérôme Lasne, Carine Laffon, Philippe Parent, Sylvain Picaud, and Pál Jedlovszk: Adsorption of Acetaldehyde on Ice, as Seen from Computer Simulation and Infrared Spectroscopy measurements, Langmuir 28, 4198, 2012
Péter Kiss, Mária Darvas, András Baranyai, and Pál Jedlovszky: Surface properties of the polarizable BK water model, J. Chem. Phys. 136, 114706, 2012
Abdenacer Idrissi, Kamil Polok, Wojciech Gadomski, Ivan Vyalov, Alexander Agapov, Mikhail Kiselev, Mohamed Barj, and Pál Jedlovszky: Detailed insight into the hydrogen bonding interactions in acetone-methanol mixtures. A molecular dynamics simulation and Voronoi polyhedra analysis study, Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 5979, 2012
Anita Pinke and Pál Jedlovszky: Modeling of Acetone-Water Mixtures – How Can Their Full Miscibility Reproduced in Computer Simulations?, J. Phys. Chem. B 116, 5977, 2012
Mária Darvas, Paul N. M. Hoang, Sylvain Picaud, Marcello Sega, and Pál Jedlovszky: Anesthetic Molecules Embedded in a Lipid Membrane. A Computer Simulation Study, Phys. Chem. Chem Phys. 14, 12956, 2012
Nóra A. Rideg, Mária Darvas, Imre Varga, and Pál Jedlovszky: Lateral dynamics of surfactants at the free water surface. A computer simulation study, Langmuir 28, 14944, 2012
Mária Darvas, George Horvai, and Pál Jedlovszky: Two-dimensional percolation at the free water surface, J. Mol. Liquids 176, 33, 2012




 

Events of the project

  
2011-07-01 07:45:17
Kiegészítő támogatás beolvasztása



Back »