(Proyecto) Adsorción de moléculas poliatómicas puras y sus mezclas sobre superficies sólidas: teoría y simulación de Monte Carlo.
(Proyecto) Adsorción de moléculas poliatómicas puras y sus mezclas sobre superficies sólidas: teoría y simulación de Monte Carlo.
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Date
2026
Authors
Nelphy de la Cruz
José Antonio Ramírez Pastor
Fabricio Sánchez
Journal Title
Journal ISSN
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Publisher
Abstract
Los fenómenos de adsorción y difusión de moléculas sobre superficies sólidas juegan un papel relevante en numerosos procesos de gran interés para la ciencia moderna, tales como catálisis heterogénea, oxidación, lubricación, crecimiento, procesos separativos en membranas, almacenamiento de gases en medios porosos, y una gran variedad de aplicaciones en la tecnología. Con el objetivo de conocer y comprender los mecanismos elementales involucrados en estos procesos superficiales, se han desarrollado técnicas experimentales como STEM (scanning-transmission electron microscopy) [6], STM (scanning tunneling microscopy) [7] o FIM (field ion microscopy) [8] y fundamentalmente, en las últimas tres décadas, las simulaciones computacionales [9,10] han adquirido protagonismo como una rama intermedia entre el experimento, pues facilita la interpretación de los datos, y la teoría, pues permite verificar la validez de sus hipótesis y predicciones.La simulación de Monte Carlo es un método estadístico. Este es utilizado para resolver problemas matemáticos complejos a través de la generación de variables aleatorias. Utilizaremos dicho método para calcular, usando conteo exacto de estados en una celda pequeña (método de cluster) de tamaño m, las principales propiedades termodinámicas de adsorción (isoterma de adsorción, calores de adsorción, entropía configuracional de la fase adsorbida) correspondientes a k-meros de diferente forma y tamaño depositados sobre redes cuadradas, para luego aplicar los resultados obtenidos al análisis de recientes resultados relacionados a la adsorción de metano, dióxido de carbono, etileno y sus mezclas en clatratos.
Description
Objetivo General:
Contribuir a la comprensión de fases adsorbidas complejas en presencia de múltiple ocupación de sitios y adsorción multicomponente
Objetivos específicos:
1. Calcular, usando conteo exacto de estados en una celda pequeña (método de cluster) de tamaño m, las principales propiedades termodinámicas de adsorción (isoterma de adsorción, calores de adsorción, entropía configuracional de la fase adsorbida) correspondientes a k-meros de diferente forma y tamaño depositados sobre redes cuadradas. Considerar el caso de dímeros, trímeros y tetrámeros y adsorción monodispersa (una especie a la vez).
2. Analizar el efecto del tamaño m sobre los resultados obtenidos vía 1) a fin de determinar la geometría óptima de la celda de cálculo.
3. Determinar, mediante simulación de Monte Carlo en la asamblea gran canónica, el comportamiento de la isoterma de adsorción (cubrimiento como una función del potencial químico) para los sistemas mencionados en el ítem anterior.
4. Obtener, usando el método de integración termodinámica y los resultados de las isotermas de adsorción medidas en 2)-3), la entropía configuracional de la capa adsorbida. Comparar las predicciones analíticas (ítem 1)) con las de simulación de MC, a fin de discutir los alcances y limitaciones de la teoría.
5. Realizar un exhaustivo análisis de comparación entre los resultados obtenidos vía método de cluster y aquellos derivados desde las principales aproximaciones que existen en la literatura para estudiar adsorción con múltiple ocupación de sitios.
6. Analizar el efecto de la geometría sobre el comportamiento crítico del sistema. Para lograr este objetivo, nos proponemos realizar el estudio mencionado en 1)-5) sobre redes cuadradas, triangulares y hexagonales.
7. Extender los estudios en 1)-6) al caso de mezclas monómero-k-mero. Analizar las adsorciones parciales y totales.
8. Aplicar los resultados obtenidos en 1)-7) al análisis de recientes resultados relacionados a la adsorción de metano, dióxido de carbono, etileno y sus mezclas en clatratos de estructura sI