Fizikai kémia és elméleti kémia (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
Ortelius tudományág: Felületi rétegek kémiája
zsűri
Kémia 1
Kutatóhely
Kémiai Intézet (Eötvös Loránd Tudományegyetem)
résztvevők
Gilányi Tibor Mészáros Róbert
projekt kezdete
2009-01-01
projekt vége
2012-12-31
aktuális összeg (MFt)
12.900
FTE (kutatóév egyenérték)
2.60
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
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.
angol összefoglaló
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.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
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.
kutatási eredmények (angolul)
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.
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
