Experimental and theoretical studies of water droplet surfaces in the presence of glycerol

• Main Author: Anton, Nygren
• Format: Others
• Language: English
• Published: Uppsala universitet, Institutionen för fysik och astronomi 2017
• Subjects: glycerol; water surface; BESSY II; MD; GROMACS; PES; XPS; vattenytor; Physical Sciences; Fysik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-330979

Water aerosols affect the climate because they have an impact on the radiation balance and cloud formation. Water is present in all forms in the atmosphere (water, ice and steam), for example as rain and hail. Water aerosols play an important role in many biological and chemical processes in the atmosphere. The most common form of water in the atmosphere is water droplets or vapor which often come from oceans and lakes and these aerosols often contain organic compounds. It is therefore interesting to study if organic compounds, in this case glycerol, will reside on the surface or inside the water droplets. The investigations were performed by using theoretical studies, molecular dynamic simulations in GROMACS, and experimental investigations; X-ray photoelectron spectroscopy with a liquid jet. The experiments were performed at BESSY II, Berlin. The concentrations of glycerol were varied from 75:1; 8:1 to 4:1 (water: glycerol molecules). The results were that the experiments and simulations indicated that when theconcentration of glycerol increased the glycerol concentration at the surface of the waterdroplet increases until a monolayer of glycerol molecules was formed at the surface. When the monolayer was formed (or close to) less and less glycerol molecules were placed at thewater surface and more and more glycerol molecules were placed in the bulk of the waterdroplet. === Vattenaerosoler påverkar klimatet eftersom de har en inverkan på strålningsbalansen och molnbildningen. Vatten finns i alla former i atmosfären (vatten, is och ånga) som bland annat regn och hagel. Vatten aerosolerna spelar en viktig roll i många kemiska och biologiska processer i atmosfären. Den vanligaste formen av vatten i atmosfären är små vattendroppar eller ånga som ofta kommer från hav och sjöar och som ofta innehar organiska föreningar. Då vattenaerosoler påverkar klimatet och organiska föreningar är vanligt förekommande i vattendroppar är det intressant att undersöka om organiska föreningar, i detta fall glycerol, hamnar på ytan eller inuti vattnet. Undersökningarna har gjorts genom att använda teoretiska perspektiv, molekylärdynamiska simuleringar i GROMACS, samt experimentella undersökningar i form av röntgen fotoelektronspektroskopi med en vätskejet. Dessa experiment utfördes i BESSY II, Berlin. Koncentrationerna av glycerol varierades från75:1; 8:1 till 4:1 (vatten: glycerolmolekyler). Resultaten från experimenten och simuleringarna indikerade att när koncentrationen av glycerol ökade så ökade glycerolkoncentrationen på ytan av vattendroppen tills det bildades ett monolager av glycerolmolekyler på vattenytan. När monolagret hade bildats så placerades mindre och mindre glycerolmolekyler på vattenytan och fler och fler glycerolmolekyler placerades inne i vattendroppen.