Explorando a termodinâmica e dinâmica do CO2 com modelos computacionais rígidos
Resumo
Este estudo investiga o comportamento termodinâmico e dinâmico do dióxido
de carbono (CO2) em condições sub e supercríticas, cobrindo uma ampla faixa
de temperaturas (228 a 500 K) e pressões (1 a 150 atm). Utilizando simulações
de dinâmica molecular (MD) com modelos rígidos bem estabelecidos — EPM2
e TraPPE-small — foram analisadas propriedades estruturais, termodinâmicas e
de transporte. Ambos os modelos demonstraram boa concordância com dados
experimentais nas curvas de coexistência líquido-vapor, validando sua aplicabilidade
na descrição do CO2 sob as condições simuladas. As funções de distribuição radial
(RDF) revelaram diferenças estruturais significativas entre as fases líquida, gasosa,
coexistência líquido-gás e supercrítica, refletindo a reorganização molecular nessas
regiões. Já as análises de deslocamento quadrático médio (MSD) mostraram aumento
consistente na difusividade do CO2 com a elevação da temperatura, em todas
as pressões simuladas (25,85; 44,41; 72,045 e 150 atm). Por exemplo, observou-se
um crescimento de 5,2 × 10−9 m2/s a 300 K para 1,8 × 10−8 m2/s a 500 K, nas
condições de 150 atm, refletindo o aumento da mobilidade molecular em regime supercrítico.
Além disso, propriedades termodinâmicas derivadas de funções resposta,
como a capacidade calorífica a volume constante, capturaram adequadamente as
transições de fase, oferecendo uma visão aprofundada do comportamento do fluido.
Os resultados obtidos evidenciam a eficácia das simulações de MD com modelos
rígidos na representação do CO2 e sua relevância para o entendimento de fenômenos
em condições extremas, como as encontradas em tecnologias emergentes. Embora
este trabalho se restrinja a modelos rígidos, seus achados contribuem para futuras
investigações voltadas a aplicações como extração com fluido supercrítico e estudos
preliminares em contextos relacionados à Captura e Armazenamento de Carbono
(CCS), desde que validadas por abordagens complementares.