Molecular simulation of the swelling of polyelectrolyte gels by monovalent and divalent counterions
Notice bibliographique
Résumé
Permanently crosslinked polyelectrolyte gels are known to undergo discontinuous first-order volume phase transitions, the onset of which may be caused by a number of factors. In this study we examine the volumetric properties of such polyelectrolyte gels in relation to the progressive substitution of monovalent counterions by divalent counterions as the gels are equilibrated in solvents of different dielectric qualities. We compare the results of coarse-grained molecular dynamics simulations of polyelectrolyte gels with previous experimental measurements by others on polyacrylate gels. The simulations show that under equilibrium conditions there is an approximate cancellation between the electrostatic contribution and the counterion excluded-volume contribution to the osmotic pressure in the gel-solvent system; these two contributions to the osmotic pressure have, respectively, energetic and entropic origins. The finding of such a cancellation between the two contributions to the osmotic pressure of the gel-solvent system is consistent with experimental observations that the swelling behavior of polyelectrolyte gels can be described by equations of state for neutral gels. Based on these results, we show and explain that a modified form of the Flory-Huggins model for nonionic polymer solutions, which accounts for neither electrostatic effects nor counterion excluded-volume effects, fits both experimental and simulated data for polyelectrolyte gels. The Flory-Huggins interaction parameters obtained from regression to the simulation data are characteristic of ideal polymer solutions, whereas the experimentally obtained interaction parameters, particularly that associated with the third virial coefficient, exhibit a significant departure from ideality, leading us to conclude that further enhancements to the simulation model, such as the inclusion of excess salt, the allowance for size asymmetric electrolytes, or the use of a distance-dependent solvent dielectricity model, may be required. Molecular simulations also reveal that the condensation of divalent counterions onto the polyelectrolyte network backbone occurs preferentially over that of monovalent counterions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».