Adsorption kinetics in the presence of external fields

In this article we present a detailed analysis of the kinetics of a class of sequential adsorption models that take into account the effect of externally applied fields (as an electric field, or a shear rate) on the adsorption. The excluded volume interactions related to the finite size of the adsorbing particles are modified by the external fields. As a result, new adsorption mechanisms appear with respect to the ones used to describe the kinetics in a quiescent fluid. In particular, if the adsorbing particles are allowed to roll over preadsorbed ones, adsorption becomes non local even in the simplest geometry. An exact analytic theory cannot be developed, but we introduce a self-consistent theory that turns out to agree with the simulation results over all the range of the parameters.

Adsorption kinetics in the presence of external fields

In this article we present a detailed analysis of the kinetics of a class of sequential adsorption models that take into account the effect of externally applied fields (as an electric field, or a shear rate) on the adsorption. The excluded volume interactions related to the finite size of the adsorbing particles are modified by the external fields. As a result, new adsorption mechanisms appear with respect to the ones used to describe the kinetics in a quiescent fluid. In particular, if the adsorbing particles are allowed to roll over preadsorbed ones, adsorption becomes non local even in the simplest geometry. An exact analytic theory cannot be developed, but we introduce a self-consistent theory that turns out to agree with the simulation results over all the range of the parameters.

FORMAS DE FERRO, SILÍCIO E, OU, ALUMÍNIO NA GÊNESE DE FRAGIPÃS E HORIZONTES COESOS DOS TABULEIROS COSTEIROS

Na unidade geomorfológica dos Tabuleiros Costeiros dominam os solos com horizontes coesos, e alguns deles têm a presença de horizontes cimentados comumente do tipo fragipã. Esses horizontes interferem na dinâmica da água, no crescimento de raízes e, consequentemente, na nutrição mineral de plantas. O objetivo deste trabalho foi avaliar, por meio da dissolução seletiva, a participação de formas de Fe, Si e, ou, Al na coesão e, ou, cimentação de fragipãs e horizontes coesos em Argissolos e Espodossolos da região dos Tabuleiros Costeiros do sul da Bahia e norte do Espírito Santo. Para isso, foram realizadas extrações seletivas de Fe, Si e Al por ditionito-citrato-bicarbonato de sódio (DCB) e oxalato ácido de amônio. Os maiores teores de Fe, Si e, principalmente, Al extraídos por oxalato de amônio nos fragipãs sugerem que, na gênese desses horizontes, formas de baixa cristalinidade desses elementos agem como cimentantes químicos. As dissoluções seletivas não evidenciaram a participação de formas de alta ou baixa cristalinidade de Fe, Si e, ou, Al na gênese dos horiozontes coesos em solos dos Tabuleiros Costeiros. Os Argissolos Amarelos apresentaram goethitas com alta substituição isomórfica de Fe por Al, condizente com o ambiente de forte intemperização, não redutivo e pH ácido onde esses solos se encontram nos Tabuleiros Costeiros. A substituição isomórfica de Fe por Al nos óxidos de Fe cristalinos apresentaram relação com o grau de cristalinidade e teor de Fe obtido na primeira extração com o DCB.

FERRAMENTAS MATEMÁTICAS, SUSCETIBILIDADE MAGNÉTICA E MODELOS DE PAISAGEM APLICADOS NA DELIMITAÇÃO DE ÁREAS DE MANEJO ESPECÍFICO

A identificação de padrões de variabilidade dos atributos do solo permite o uso e a ocupação do solo de maneira sustentável. O objetivo deste trabalho foi delimitar áreas de manejo específico utilizando ferramentas matemáticas, suscetibilidade magnética e modelos de paisagem. A área de estudo localiza-se no município de Guariba, SP. Escolheu-se uma área de 110 ha, onde foram identificadas e mapeadas três superfícies geomórficas (I, II e III). Na área, foram coletadas 204 amostras de solo em uma transeção, nas profundidades de 0,00-0,20 e 0,60-0,80 m. Foram determinados o pH em CaCl2, os teores de areia, argila, matéria orgânica, P, Ca, Mg, K, H+Al, e calculados SB, CTC e V. A suscetibilidade magnética (SM) foi medida com o auxílio de uma balança analítica. Os limites matemáticos da técnica Split Moving Windows Dissimilarity Analysis (SMWDA) utilizando as informações da suscetibilidade magnética ficaram próximos aos limites de campo identificados com base nos modelos de paisagem. A utilização conjunta da suscetibilidade magnética, dos modelos matemáticos e de paisagem permitiu identificar diferentes áreas de manejo, locais com diferentes teores de argila e níveis de fertilidade do solo. A susceptibilidade magnética pode ser adotada como alternativa para identificar e mapear unidades de manejo.

PROPRIEDADES MECÂNICAS E PERMEABILIDADE AO AR EM TOPOSSEQUÊNCIA ARGISSOLO-GLEISSOLO: VARIAÇÃO NO PERFIL E EFEITO DE COMPRESSÃO

Uma topossequência apresenta solos com características estruturais e morfológicas distintas que podem alterar a susceptibilidade à deformação estrutural em curtas distâncias espaciais. Os objetivos deste estudo foram avaliar a capacidade de suporte de carga e a suscetibilidade à compactação e mensurar o efeito que cargas acima e abaixo da pressão de preconsolidação causam na permeabilidade ao ar de solos numa topossequência da Depressão Central do Rio Grande do Sul, Brasil. Amostras indeformadas foram coletadas nos horizontes de três perfis de Argissolos (Ap, A1, AB, BA, Bt1 e Bt2; Ap, A1, A2, AB, BA, Bt1 e Bt2; e Ap, A1, BA, Bt1 e Bt2) e dois de Gleissolos (A1, A2, Bg; A, Bg e Cg), no longo de uma topossequência. Essas amostras foram submetidas ao teste de compressão uniaxial, sendo avaliada a permeabilidade ao ar antes e após compressão. Na condição de capacidade de campo, os Gleissolos apresentaram menor suscetibilidade à compactação e maior capacidade de suporte de carga que os Argissolos. O teor de argila esteve diretamente correlacionado com a capacidade de suporte de carga. Portanto, foi inversamente proporcional à suscetibilidade à compactação, exceto em condições de elevada umidade do solo quando a água lubrificou as superfícies aumentando a susceptibilidade à compactação de quaisquer solos. Até 25 kPa de carga ao solo não resultou degradação física do solo, mas quando foram aplicadas cargas de 200 kPa, mesmo na condição de capacidade de campo, houve redução significativa do volume de macroporos e porosidade total em níveis inferiores ao limite crítico (0,10 m3 m-3).

PRODUTIVIDADE DO EUCALIPTO, ATRIBUTOS FÍSICOS DO SOLO E FRAÇÕES DA MATÉRIA ORGÂNICA INFLUENCIADAS PELA INTENSIDADE DE TRÁFEGO E RESÍDUOS DE COLHEITA

O número de passadas das máquinas, os tipos de rodados e a alta umidade do solo durante as operações de colheita agravam o processo de compactação, devendo-se conhecer esses impactos e quais alternativas para reduzí-los. O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto de diferentes frequências de tráfego doforwarder e o efeito de condições distintas de resíduos da colheita do eucalipto ao fim da rotação subsequente na produtividade, nos atributos físicos do solo e nos teores de matéria orgânica de um Latossolo Vermelho (LV), localizado em São João Evangelista, MG, e um Latossolo Amarelo (LA), localizado em Belo Oriente, MG. Os tratamentos consistiram de um esquema fatorial 2 × 3, sendo: duas ou oito passadas na entrelinha sobre resíduo da colheita sem casca; com casca; e sem resíduo. A perda de produtividade dos plantios pela compactação do solo proveniente das passadas doforwarder é atenuada com a permanência dos resíduos da colheita especialmente com a manutenção da casca na área. A remoção de resíduo, particularmente quando há remoção da casca, leva à redução dos teores de C orgânico total e de frações mais lábeis de C e N do solo. O tráfego doforwarder na colheita do eucalipto da rotação anterior sobre solo sem resíduos promove perdas na qualidade física do solo, com aumento da densidade do solo e resistência à penetração, e redução na porosidade e condutividade hidráulica do solo. Esses efeitos negativos perduraram até o final da rotação seguinte.

Understanding and modulating the competitive surface-adsorption of proteins through coarse-grained molecular dynamics simulations

It is now well accepted that cellular responses to materials in a biological medium reflect greatly the adsorbed biomolecular layer, rather than the material itself. Here, we study by molecular dynamics simulations the competitive protein adsorption on a surface (Vroman effect), i.e. the non-monotonic behavior of the amount of protein adsorbed on a surface in contact with plasma as functions of contact time and plasma concentration. We find a complex behavior, with regimes during which small and large proteins are not necessarily competing between them, but are both competing with others in solution ("cooperative" adsorption). We show how the Vroman effect can be understood, controlled and inverted.

Competing tunneling and capacitive paths in Co-ZrO2 granular thin films

The ac electrical response is studied in thin films composed of well-defined nanometric Co particles embedded in an insulating ZrO2 matrix which tends to coat them, preventing the formation of aggregates. In the dielectric regime, ac transport originates from the competition between interparticle capacitive Cp and tunneling Rt channels, the latter being thermally assisted. This competition yields an absorption phenomenon at a characteristic frequency 1/(RtCp), which is observed in the range 1010 000 Hz. In this way, the effective ac properties mimic the universal response of disordered dielectric materials. Temperature and frequency determine the complexity and nature of the ac electrical paths, which have been successfully modeled by an Rt-Cp network.

"Bottleneck effect" in two-Dimensional microfluidics

An anomalously long transient is needed to achieve a steady pressurization of a fluid when forced to flow through micronarrowed channels under constant mechanical driving. This phenomenon, known as the "bottleneck effect" is here revisited from a different perspective, by using confined displacements of interfacial fluids. Compared to standard microfluidics, such effect admits in this case a neat quantitative characterization, which reveals intrinsic material characteristics of flowing monolayers and permits to envisage strategies for their controlled micromanipulation.

Nonequilibrium orientational patterns in two-component Langmuir monolayers

A model of a phase-separating two-component Langmuir monolayer in the presence of a photoinduced reaction interconverting two components is formulated. An interplay between phase separation, orientational ordering, and reaction is found to lead to a variety of nonequilibrium self-organized patterns, both stationary and traveling. Examples of the patterns, observed in numerical simulations, include flowing droplets, traveling stripes, wave sources, and vortex defects.

Self-organizing propagation patterns from dynamic self-assembly in monolayers

Propagation of localized orientational waves, as imaged by Brewster angle microscopy, is induced by low intensity linearly polarized light inside axisymmetric smectic-C confined domains in a photosensitive molecular thin film at the air/water interface (Langmuir monolayer). Results from numerical simulations of a model that couples photoreorientational effects and long-range elastic forces are presented. Differences are stressed between our scenario and the paradigmatic wave phenomena in excitable chemical media.

Experiments on anisotropic radial viscous fingering

We observe dendritic patterns in fluid flow in an anisotropic Hele-Shaw cell and measure the tip shapes and trajectories of individual dendritic branches under conditions where the pattern growth appears to be dominated by surface tension anisotropy and also under conditions where kinetic effects appear dominant. In each case, the tip position depends on a power law in the time, but the exponent of this power law can vary significantly among flow realizations. Averaging many growth exponents a yields a =0.640.09 in the surface tension dominated regime and a =0.660.09 in the kinetic regime. Restricting the analysis to realizations when a is very close to 0.6 shows great regularity across pattern regimes in the coefficient of the temporal dependence of the tip trajectory.