Molecular Dynamics Simulations of Antagonistic Salt at the Water/Oil Interface

Abstract

Blandinger av vann og organiske løsninger er veldig vanlig. De finnes i alt fra menneskekroppen til flere industriprosesser. Ved høyere og lavere temperaturer vil en blanding, som består av vann og den organiske løsningen 2,6-lutidin, forme en homogen fase. Mellom disse temperaturene vil det formes et tofase-område, bestående av en vannfase og en organisk fase. Denne masteroppgaven studerer variasjoner i spenning i tofase-området ved tilsetning av et antagonistisk salt.

Et antagonistisk salt er et salt som består av en hydrofil og en hydrofob del. Den hydrofile delen er tiltrukket av vannet, og vil løses i vannfasen. Den hydrofobe delen blir derimot frastøtt av vann, og vil ende opp i den organiske fasen. Saltet vil derfor befinne seg i grenseskillet mellom de to fasene. Målet med denne masteroppgaven er å finne ut hvordan grensespenningen påvirkes av tilsetningen av antagonistisk salt.

Dette ble gjort ved å konstruere syv blandinger bestående av vann og 2,6-lutidin med ulike konsentrasjoner av salt. Systemene ble konstruert og simulert ved hjelp av molekylærdynamikk.

Resultatene av simuleringene viser at grensespenningen synker ettersom konsentrasjonen av salt øker. I tillegg vises det at størrelsen på tofase-området minker når konsentrasjonen av salt øker, og området kan forsvinne helt ved høyere konsentrasjoner. Et slikt system består da utelukkende av en homogen fase.

Mixtures composed of water and organic solvents are very common. They are found inside our bodies and in many industries. A mixture composed of water and the organic solvent 2,6- lutidine is a uniform mixture at higher and lower temperatures. In the mid region the mixture will separate into two phases, water and organic, and form a two-phase region. This thesis has studied the variation of tension between the two phases when an antagonistic salt is introduced.

An antagonistic salt is a salt composed of a hydrophilic and a hydrophobic part. The hydrophilic part is attracted to water, and dissolves in the water phase. The hydrophobic part is not attracted to water, and ends up in the organic phase. Hence, the salt is located at the interface between the two phases. The aim of this master’s thesis was to find out how the interfacial tension and the size of the two-phased region were influenced by addition of antagonistic salt.

The work was conducted by preparing seven mixtures composed of water and the organic solvent, with different concentrations of salt. The systems were constructed and simulated by means of molecular dynamics simulations.

The simulated results showed that the interfacial tension decreases as concentration of salt increases. Further, the results showed that the size of the two-phased region is reduced as the concentrations of salt increases, and that the region completely disappears for higher concentrations. The system then consists exclusively of a homogeneous phase.