Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos

O aumento no consumo energético e a crescente preocupação ambiental frente à emissão de gases poluentes criam um apelo mundial favorável para pesquisas de novas tecnologias não poluentes de fontes de energia. Baterias recarregáveis de lítio-ar em solventes não aquosos possuem uma alta densidade de energia teórica (5200 Wh kg-1), o que as tornam promissoras para aplicação em dispositivos estacionários e em veículos elétricos. Entretanto, muitos problemas relacionados ao cátodo necessitam ser contornados para permitir a aplicação desta tecnologia, por exemplo, a baixa reversibilidade das reações, baixa potência e instabilidades dos materiais empregados nos eletrodos e dos solventes eletrolíticos. Assim, neste trabalho um modelo cinético foi empregado para os dados experimentais de espectroscopia de impedância eletroquímica, para a obtenção das constantes cinéticas das etapas elementares do mecanismo da reação de redução de oxigênio (RRO), o que permitiu investigar a influência de parâmetros como o tipo e tamanho de partícula do eletrocatalisador, o papel do solvente utilizado na RRO e compreender melhor as reações ocorridas no cátodo dessa bateria. A investigação inicial se deu com a utilização de sistemas menos complexos como uma folha de platina ou eletrodo de carbono vítreo como eletrodos de trabalho em 1,2-dimetoxietano (DME)/perclorato de lítio (LiClO4). A seguir, sistemas complexos com a presença de nanopartículas de carbono favoreceu o processo de adsorção das moléculas de oxigênio e aumentou ligeiramente (uma ordem de magnitude) a etapa de formação de superóxido de lítio (etapa determinante de reação) quando comparada com os eletrodos de platina e carbono vítreo, atribuída à presença dos grupos laterais mediando à transferência eletrônica para as moléculas de oxigênio. No entanto, foi observada uma rápida passivação da superfície eletrocatalítica através da formação de filmes finos de Li2O2 e Li2CO3 aumentando o sobrepotencial da bateria durante a carga (diferença de potencial entre a carga e descarga > 1 V). Adicionalmente, a incorporação das nanopartículas de platina (Ptnp), ao invés da folha de platina, resultou no aumento da constante cinética da etapa determinante da reação em duas ordens de magnitude, o qual pode ser atribuído a uma mudança das propriedades eletrônicas na banda d metálica em função do tamanho nanométrico das partículas, e estas modificações contribuíram para uma melhor eficiência energética quando comparado ao sistema sem a presença de eletrocatalisador. Entretanto, as Ptnp se mostraram não específicas para a RRO, catalisando as reações de degradação do solvente eletrolítico e diminuindo rapidamente a eficiência energética do dispositivo prático, devido ao acúmulo de material no eletrodo. O emprego de líquido iônico como solvente eletrolítico, ao invés de DME, promoveu uma maior estabilização do intermediário superóxido formado na primeira etapa de transferência eletrônica, devido à interação com os cátions do líquido iônico em solução, o qual resultou em um valor de constante cinética da formação do superóxido de três ordens de magnitude maior que o obtido com o mesmo eletrodo de carbono vítreo em DME, além de diminuir as reações de degradação do solvente. Estes fatores podem contribuir para uma maior potência e ciclabilidade da bateria de lítio-ar operando com líquidos iônicos.

Well posedness of an integrodifferential kinetic model of Fokker-Planck type for angiogenesis.

Tumor induced angiogenesis processes including the effect of stochastic motion and branching of blood vessels can be described coupling a (nonlocal in time) integrodifferential kinetic equation of Fokker–Planck type with a diffusion equation for the tumor induced ingiogenic factor. The chemotactic force field depends on the flux of blood vessels through the angiogenic factor. We develop an existence and uniqueness theory for this system under natural assumptions on the initial data. The proof combines the construction of fundamental solutions for associated linearized problems with comparison principles, sharp estimates of the velocity integrals and compactness results for this type of kinetic and parabolic operators

Propriedades fotoquímicas de alguns complexos de ferro(II) e rênio(I)

Neste trabalho, foram estudadas as propriedades fotoquímica e/ou fotofísica de alguns compostos de coordenação de rênio(l) e ferro(I I). A irradiação dos complexos fac-[Re(CO)3(NN)(trans-L)]+, NN= 4,7-difenil-1,10- fenantrolina (ph2phen) ou 5-cloro-1,10-fenantrolina (Clphen) e L = 1,2-bis(4-piridil)etileno (bpe) ou 4-estirilpiridina (stpy), em acetonitrila ou em filme de poli(metacrilato de metila) (PMMA) resulta em variações espectrais condizentes com a fotoisomerização trans-cis do ligante coordenado. A determinação dos rendimentos quânticos para a fotorreação pela variação espectral resultou em valores aparentes, uma vez que o reagente e o fotoproduto absorvem na mesma região. Para a determinação do rendimento quântico real, Φreal, utilizou-se a técnica de 1H RMN, na qual os sinais do fotoproduto e do reagente são observados em regiões distintas com diferentes constantes de acoplamento. Os valores de Φreal obtidos para fac-[Re(CO)3h(NN)(trans-bpe)]+ (ph2phen: Φ313= 0,43 ± 0,03; Φ365= 0,44 ± 0,02; Φ404= 0,43 ± 0,02; Clphen: Φ313= 0,56 ± 0,03; Φ365= 0,55 ± 0,04; Φ404= 0,57 ± 0,06) são independentes do comprimento de onda de irradiação, indicando a existência de um único canal para a população do estado excitado 3ILtrans-bpe. Por outro lado, para fac-[Re(CO)3(NN)(trans-stpy)]+, os valores de Φreal sob irradiação a 404 nm são menores que os determinados para os demais comprimentos de onda de irradiação (ph2phen: Φ313= 0,60 ± 0,05; Φ365= 0,64 ± 0,09; Φ404= 0,42 ± 0,03; Clphen: Φ313= 0,52 ± 0,05; Φ365= 0,58 ± 0,02; Φ404= 0,41 ± 0,06), indicando que, a energias maiores, em que o Iigante absorve significativamente, deve existir a contribuição de outro canal para a população do estado excitado 3ILtrans-stpy. A eficiência do fotoprocesso foi avaliada por meio da substituição dos ligantes NN e/ou L, e a diferença nos valores de Φreal entre os complexos deve estar relacionada principalmente com as distintas eficiências de cruzamento intersistemas. o fotoprocesso altera as propriedades fotofísicas desses complexos. Os isômeros trans apresentam fraca ou nenhuma emissão a 298 K, enquanto os fotoprodutos, fac-[Re(CO)3(NN)(cis-L)]+, apresentam intensa luminescência dominada pelo estado excitado 3MLCTRe→NN, que é sensivel à rigidez do meio. A reatividade fotoquímica dos pentacianoferratos(II) [Fe(CN)5 (NN)]3-, NN= 2aminobenzilamina (aba), 2-aminobenzamida (ab), 2-(dimetilaminometil)-3-hidroxipiridina (dmampy), 2-aminometilpiridina (ampy), 2-aminoetilpiridina (aepy) ou 2-(2metilaminoetil) piridina (maepy), também foi investigada. A irradiação desses complexos resulta na fotossubstituição do CN-, a qual só pode ser detectada quando o ligante possui um segundo grupo coordenante nas proximidades da esfera de coordenação. Os rendimentos quânticos da fotossubstituição são dependentes do comprimento de onda de irradiação (Φ313= 0,13 ± 0,01; Φ334= 0,091 ± 0,001; Φ365= 0,056 ± 0,002; Φ404= 0,022 ± 0,002; Φ436= 0,015 ± 0,001, por exemplo, para NN = aba) e indicam a existência de canais distintos pelos quais a fotorreação ocorre ou as diferentes eficiências de cruzamento intersistema para a população do estado excitado reativo. A eficiência do fotoprocesso também depende do Iigante utilizado (λirr= 365 nm: Φaba= 0,056, Φab= 0,14, Φampy= 0,046, Φaepy= 0,066, Φmaepy= 0,069 e Φdmampy= 0,12). Na série das diaminas, o rendimento quântico é maior para [Fe(CN)5(ab)]3-, que possui dois sítios para ocorrer o fechamento do anel. Na série das aminopiridinas, observa-se a influência do comprimento da cadeia na eficiência do fechamento do anel. A presença de metilas ligadas ao nitrogênio alifático deve ter pouca ou nenhuma influência na eficiência do fotoprocesso.

Caracterização in vitro do metabolismo e da absorção intestinal da casearina X

As principais propriedades farmacológicas da Casearia sylvestris, uma espécie de árvore cujas folhas são utilizadas na medicina popular, já foram descritas na literatura. Recentemente foi demonstrada a potente atividade citotóxica in vitro da casearina X (CAS X), o diterpeno clerodânico majoritário isolado das folhas de C. sylvestris, contra linhagens de células tumorais humanas. Apesar dos resultados promissores, sua potente atividade citotóxica in vitro não pode ser extrapolada para uma potente atividade in vivo, a menos que possua boa biodisponibilidade e duração desejável do seu efeito. Tendo em vista que o avanço nas pesquisas de produtos naturais requer a avaliação pré-clínica de propriedades farmacocinéticas, no presente trabalho foi realizada a caracterização in vitro do metabolismo e da absorção intestinal da CAS X, com o objetivo de prever sua biodisponibilidade in vivo. Para os estudos de metabolismo in vitro, foi utilizado o modelo microssomal hepático de ratos e de humanos. Foi desenvolvido um método analítico para a quantificação da CAS X em microssomas, empregando a precipitação de proteínas com acetonitrila no preparo das amostras e a cromatografia líquida de alta eficiência para as análises. O método foi validado de acordo com os guias oficiais da Agência Nacional de Vigilância Sanitária e da European Medicine Agency (EMA). A CAS X demonstrou ser substrato para as reações de hidrólise mediada pelas carboxilesterases (CES) e apresentou um perfil cinético de Michaelis-Menten. Foram estimados os parâmetros de Vmax e KM, demonstrando que o clearance intrínseco em microssomas hepático de humanos foi 1,7 vezes maior que o de ratos. O clearance hepático foi estimado por extrapolação in vitro-in vivo, resultando em mais de 90% do fluxo sanguíneo hepático em ambas as espécies. Um estudo qualitativo para a pesquisa de metabólitos foi feito utilizando espectrometria de massas, pelo qual foi possível sugerir a formação da casearina X dialdeído como produto de metabolismo. Nos estudos de absorção intestinal in vitro foi utilizado o modelo de monocamadas de células Caco-2. Um método analítico por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas foi desenvolvido e validado de acordo com o EMA, para as etapas de quantificação da CAS X no sistema de células. Os parâmetros cinéticos de permeabilidade aparente absortiva e secretória da CAS X foram estimados em um sistema celular, no qual a atividade hidrolítica da CES foi inibida. Assim, a CAS X foi capaz de permear a monocamada de células Caco-2, provavelmente por transporte ativo, sem a ocorrência de efluxo, mas com significativa retenção do composto dentro das células. Em conjunto, os ensaios in vitro realizados demonstraram a susceptibilidade da CAS X ao metabolismo de primeira passagem, como substrato para as CES específicas expressas no fígado e intestino.

Degradação enzimática de clorofenol em microrreator.

O microrreator faz parte de conjunto de dispositivos de uma nova e promissora tecnologia, que podem ser chamados de micro fabricados, atuante em campos como a da química, biológica, farmacêutica, engenharia química e biotecnologia. Trata-se de um dispositivo que possibilita reação química, tais como os reatores convencionais, mas com dimensões menores, com canais na escala micrométrica. A tecnologia de miniaturização de dispositivos para reações químicas vem se expandindo promovendo uma importante evolução, com microssistemas que abrange dispositivos mais eficazes, com configuração e geometrias específicas e menor consumo de energia, onde reações com elevadas taxas de transporte podem ser usadas para muitas finalidades diferentes, tais como, reações rápidas, mistura, reações sensíveis à temperatura, temperatura de homogeneização, ou até mesmo precipitação de nano partículas. Devido sua escala ser extremamente reduzida em relação à escala macro, oferecem um sistema que permite uma investigação do processo em um curto espaço de tempo, sendo muito útil para o rastreio de substratos, enzimas, condições de reação, bem como a determinação de parâmetros cinéticos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a biodegradação enzimática de 2,4,6-Triclorofenol, com a utilização das enzimas Lacase e Soybean Peroxidase em microrreator da Syrris com volume de 250 ?l, que permite o estudo de cinéticas muito rápidas. Para as análises de degradação utilizou-se duas enzimas, a Lacase em concentrações de 0,05; 0,1 e 0,2 mg/ml; e a Soybean Peroxidase em concentrações de 0,0005; 0,001 e 0,002 mg/ml com a adição de Peróxido de Hidrogênio. Através dos ensaios realizados obteve-se dados experimentais da reação enzimática, possibilitando a verificação da taxa inicial de reação e sua cinética. Posteriormente, realizou-se as análises em simulação utilizando os dados experimentais, que através de um sistema de EDOs estimando inicialmente as constantes cinéticas k1, k2 e k3 usando a ferramenta ESTIMA, onde apresentaram duas respostas, uma resposta típica de mínimos quadrados, e a outra resposta que a velocidade inicial, que foi melhor representada pelos parâmetros obtidos. O método empregado na degradação do substrato, o microrreator mostrou-se eficiente, permitindo a detecção de baixo consumo de substrato para a determinação da taxa inicial, em curto tempo de residência. Perante os ensaios realizados com Lacase e Soybean Peroxidase, o microrreator é também um equipamento eficaz na repetitividade e na reprodutibilidade dos dados obtidos em diferentes concentrações.

Ion kinetic transport in TJ-II

The ion Drift Kinetic Equation (DKE) which describes the ion coUisional transport is solved for the TJ-II device plasmas. This non-linear equation is computed by peribrming a mean field iterative calculation. In each step of the calculation, a Fokker-Planck equation is solved by means of the Langevin approach: one million particles are followed in a realistic TJ-II magnetic configuration, taking into account collisions and electric field. This allows to avoid the assumptions made in the usual neoclassical approach, namely considering radially narrow particle trajectories, diffusive transport, energy conservation and infinite parallel transport. As a consequence, global features of transport, not present in the customary neoclassical models, appear: non-diffusive transport and asymmetries on the magnetic surfaces.

Kinetic study of thermal 1,3-dipolar cycloaddition of azomethine ylides using differential scanning calorimetry as monitoring window

Kinetics of 1,3-dipolar cycloaddition involving azomethine ylides, generated from thermal [1,2]-prototropy of the corresponding imino ester, employing differential scanning calorimetry (DSC), is surveyed. Glycine and phenylalanine derived imino esters have different behavior. The first one prefers reacting with itself at 75 ºC, rather than with the dipolarophile. However, the α-substituted imino ester gives the cycloadduct at higher temperatures. The thermal dynamic analysis by 1H NMR of the neat reaction mixture of the glycine derivative reveals the presence of signals corresponding to the dipole in very small proportion. The non-isothermal and isothermal DSC curves of the cycloaddition of phenylalaninate and diisobutyl fumarate are obtained from freshly prepared samples. The application of known kinetic models and mathematical multiple non-linear regressions (NLR) allow to determine and to compare Ea, lnA, reaction orders, and reaction enthalpy. Finally a rate equation for each different temperature can be established for this particular thermal cycloaddition.

Kinetic study of the decompositions involved in the thermal degradation of commercial azodicarbonamide

The transitions and reactions involved in the thermal treatment of several commercial azodicarbonamides (ADC) in an inert atmosphere have been studied by dynamic thermogravimetry analysis (TGA), mass spectrometry and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. A pseudo-mechanistic model, involving several competitive and non-competitive reactions, has been suggested and applied to the correlation of the weight loss data. The model applied is capable of accurately representing the different processes involved, and can be of great interest in the understanding and quantification of such phenomena, including the simulation of the instantaneous amount of gases evolved in a foaming process. In addition, a brief discussion on the methodology related to the mathematical modeling of TGA data is presented, taking into account the complex thermal behaviour of the ADC.

Kinetic Analysis and Pollutant Evolution During Thermal Degradation of Printed Circuit Boards Considering the Effect of Metals

Paper submitted to the 7th International Symposium on Feedstock Recycling of Polymeric Materials (7th ISFR 2013), New Delhi, India, 23-26 October 2013.

Improvements in DFT Calculations of Spin–Spin Coupling Constants

Different types of spin–spin coupling constants (SSCCs) for several representative small molecules are evaluated and analyzed using a combination of 10 exchange functionals with 12 correlation functionals. For comparison, calculations performed using MCSCF, SOPPA, other common DFT methods, and also experimental data are considered. A detailed study of the percentage of Hartree–Fock exchange energy in SSCCs and in its four contributions is carried out. From the above analysis, a combined functional formed with local Slater (34%), Hartree–Fock exchange (66%), and P86 correlation functional (S66P86) is proposed in this paper. The accuracy of the values obtained with this hybrid functional (mean absolute deviation of 4.5 Hz) is similar to that of the SOPPA method (mean absolute deviation of 4.6 Hz).

Intramolecular surfaces for vicinal proton–proton coupling constants 3JHH

Equations for the intramolecular surfaces of the 3JHH coupling constants in ethane, ethylene, and acetylene are formulated, and the corresponding coefficients are estimated from calculations at the DFT/B3LYP level. The chosen variables are changes in bond lengths, in the torsion angle φ between the coupled protons Ha and Hb, in bond angles, and in dihedral angles. The 3JHH surface of ethane is formulated as an extended Karplus equation with the coefficients of a truncated Fourier series on the torsion angle φ expanded as second-order Taylor series in the chosen variables taking into account the invariance of 3JHH under reflections and rotations of nuclear coordinates. Partial vibrational contributions from linear and square terms corresponding to changes in the geometry of the Ha − Ca − Cb − Hb fragment are important while those from cross terms are small with a few exceptions. The 3JHH surface of ethane is useful to predict contributions to 3JHH from changes in local geometry of derivatives but vibrational contributions are predicted less satisfactorily. The predicted values at the B3LYP/BS2 level of the 3JHH couplings (vibrational contributions at 300 K) from equilibrium geometries are 9.79 (−0.17) for acetylene, and 17.08 (1.93) and 10.73(0.93) for the trans and cis couplings of ethylene.

Fate and Transport of Naproxen in a Sandy Aquifer Material: Saturated Column Studies and Model Evaluation

Naproxen-C14H14O3 is a nonsteroidal anti-inflammatory drug which has been found at detectable concentrations in wastewater, surface water, and groundwater. Naproxen is relatively hydrophilic and is in anionic form at pH between 6 and 8. In this study, column experiments were performed using an unconsolidated aquifer material from an area near Barcelona (Spain) to assess transport and reaction mechanisms of Naproxen in the aquifer matrix under different pore water fluxes. Results were evaluated using HYDRUS-1D, which was used to estimate transport parameters. Batch sorption isotherms for Naproxen conformed with the linear model with a sorption coefficient of 0.42 (cm3 g−1), suggesting a low sorption affinity. Naproxen breakthrough curves (BTCs) measured in soil columns under steady-state, saturated water flow conditions displayed similar behavior, with no apparent hysteresis in sorption or dependence of retardation (R, 3.85-4.24) on pore water velocities. Soil sorption did not show any significant decrease for increasing flow rates, as observed from Naproxen recovery in the effluent. Sorption parameters estimated by the model suggest that Naproxen has a low sorption affinity to aquifer matrix. Most sorption of Naproxen occurred on the instantaneous sorption sites, with the kinetic sorption sites representing only about 10 to 40% of total sorption.

Kinetic Model for Micro Algae Cell Concentration and Size Distribution: Application to Nannochloropsis gaditana

The cell concentration and size distribution of the microalgae Nannochloropsis gaditana were studied over the whole growth process. Various samples were taken during the light and dark periods the algae were exposed to. The distributions obtained exhibited positive skew, and no change in the type of distribution was observed during the growth process. The size distribution shifted to lower diameters in dark periods while in light periods the opposite occurred. The overall trend during the growth process was one where the size distribution shifted to larger cell diameters, with differences between initial and final distributions of individual cycles becoming smaller. A model based on the Logistic model for cell concentration as a function of time in the dark period that also takes into account cell respiration and growth processes during dark and light periods, respectively, was proposed and successfully applied. This model provides a picture that is closer to the real growth and evolution of cultures, and reveals a clear effect of light and dark periods on the different ways in which cell concentration and diameter evolve with time.

Kinetic study and thermal decomposition behavior of viscoelastic memory foam

A systematic investigation of the thermal decomposition of viscoelastic memory foam (VMF) was performed using thermogravimetric analysis (TGA) to obtain the kinetic parameters, and thermogravimetric analysis coupled to Fourier Transformed Infrared Spectrometry (TGA-FTIR) and thermogravimetric analysis coupled to Mass Spectrometry (TGA-MS) to obtain detailed information of evolved products on pyrolysis and oxidative degradations. Two consecutive nth-order reactions were employed to correlate the experimental data from dynamic and isothermal runs performed at three different heating rates (5, 10 and 20 K/min) under an inert atmosphere. On the other hand, for the kinetic study of the oxidative decomposition, the data from combustion (synthetic air) and poor oxygen combustion (N2:O2 = 9:1) runs, at three heating rates and under dynamic and isothermal conditions, were correlated simultaneously. A kinetic model consisting of three consecutive reactions presented a really good correlation in all runs. TGA-FTIR analysis showed that the main gases released during the pyrolysis of VMF were determined as ether and aliphatic hydrocarbons, whereas in combustion apart from the previous gases, aldehydes, amines and CO2 have also been detected as the main gases. These results were confirmed by the TGA-MS.

Three-Dimensional kinetic adaptations of gait throughout pregnancy and postpartum

Biomechanical adaptations that occur during pregnancy can lead to changes on gait pattern. Nevertheless, these adaptations of gait are still not fully understood. The purpose was to determine the effect of pregnancy on the biomechanical pattern of walking, regarding the kinetic parameters. A three-dimensional analysis was performed in eleven participants. The kinetic parameters in the joints of the lower limb during gait were compared at the end of the first, second, and third trimesters of pregnancy and in the postpartum period, in healthy pregnant women. The main results showed a reduction in the normalized vertical reaction forces, throughout pregnancy, particularly the third peak. Pregnant women showed, during most of the stance phase, medial reaction forces as a motor response to promote the body stability. Bilateral changes were observed in hip joint, with a decrease in the participation of the hip extensors and in the eccentric contraction of hip flexors. In ankle joint a decrease in the participation of ankle plantar flexors was found. In conclusion, the overall results point to biomechanical adjustments that showed a decrease of the mechanical load of women throughout pregnancy, with exception for few unilateral changes of hip joint moments.