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Type: DISSERTAÇÃO
Degree Level: Mestrado
Title: Estudo teórico e experimental da teoria de Kramers utilizando pinças ópticas e dinâmica de Langevin
Title Alternative: Theoretical and experimental studies on Kramers theory using optical tweezers and Langevin dynamics
Author: Zornio, Bruno Fedosse, 1990-
Advisor: Silva, René Alfonso Nome, 1977-
Abstract: Resumo: No final do século XIX Van¿tHoff empiricamente estabeleceu que a constante de velocidade de uma reação química é função exponencial da razão entre energia de ativação da reação pela energia térmica do ambiente (e portanto função da temperatura). Há uma variada ordem nas escalas de tempos reacionais, em especial, a constante de velocidade de reações lentas (por exemplo, reações bioquímicas não catalisadas) é difícil de determinar. Uma partícula difundindo em um meio viscoso que apresenta movimento aleatório ¿ com posição média (em um intervalo de tempo suficientemente grande) nula, e a variância da posição linearmente dependente em função do tempo ¿ é dita browniana, e quando submetida a um potencial bi quadrático é um bom modelo para descrição de reações químicas. A partir da dinâmica de Langevin (que serve para descrever a dinâmica de uma partícula browniana) é derivada a teoria de Kramers para meio viscosos - que relaciona o formato da curva potencial com a constante de taxa de reações químicas -. Experimentalmente pode-se recriar esse modelo utilizando pinças ópticas. Pinças ópticas são capazes de aprisionar partículas da ordem micrométricas em suspensão, pode-se recriar um potencial bi estávelutilizando uma pinça óptica dupla (com dois pontos de aprisionamento). Este estudo tem como objetivo avaliar a constante de taxa de um processo de transição entre poços de potencial de partículas brownianas teoricamente utilizando uma simulação de dinâmica de Langevin para sistemas em equilíbrio tanto quanto para sistemas antes de atingir o equilíbrio, assim como determinar experimentalmente utilizando microscopia ocoeficiente de difusão a partir da trajetória temporal de uma única partícula. Os resultados teóricos obtidos são bastante condizentes com os resultados experimentais descritos na literatura, assim como as predições da constante de taxa para tempos antes do equilíbrio apresentam correlação com o sistema em equilíbrio. Com relação à estimativa do coeficiente de difusão apresenta um erro sistemático associado ao tamanho da trajetória temporal de uma única partícula

Abstract: By the end of the XIX century, Van¿t¿ Hoff has empirically established that the rate constant of some chemical reaction is exponentially dependent by the ratio between the reaction activation energy and the environment thermal energy (and so on function of temperature). There is a wide variety in the reaction time scales, in particular, the rate constant of slow reactions (such as uncatalysed biochemical reactions) is difficult to determine. A diffusing particle in a viscous media which exhibit random motion ¿ with mean position (in a sufficiently large time series) is zero, and the position variance is linearly time dependent ¿ is called Brownian, and when is submitted in a biquadratic potential it¿s a good model to describe chemical reactions. By the Langevin dynamics (which serves to describe the Brownian particle motion) the Kramers theory for viscous media is derived ¿ that theory connects the potential energy shape with the chemical rate constant -. Experimentally it is possible to create this model using optical tweezes. Optical tweezers where capable to trap micrometrical beads in suspension, it can generate a bi-stable using a double optical tweezers (that is with two trapping points). The main objective of this essay is evaluate the rate constant a Brownian particles jumping between potential wells theoretically using Langevin dynamics simulations for the system at equilibrium and before reach the equilibrium, as determinate experimentally the diffusion coefficient of single particle time path using microscopy. The theoretical results is very consistent with experimental results described in literature, as well as the prediction of the rate constant for the system before reaches equilibrium are correlated with the rate constant for the system at equilibrium. For the diffusion coefficient estimative it was observed that there is a systematical source of errors, and its is related with the length of the time series of the single particle path
Subject: Cinética química
Kramers, Teoria de
Langevin, Dinâmica de
Pinças óticas
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2014
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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