El proyecto consiste en el diseño de potenciales analíticos sofisticados, basados en cálculos de primeros principios, para hacer simulaciones numéricas de sistemas moleculares bajo una amplia variedad de condiciones termodinámicas. Se estudiará la representación de los átomos en grupos químicos específicos, manteniendo los mismos parámetros para modelar distintas moléculas. En principio los grupos químicos determinan el entorno inmediato de cada átomo, lo cual permite la clasificación de tipos de átomos cuyos parámetros sólo dependan de ese entorno, de modo que el potencial analítico para una nueva molécula pueda obtenerse conjuntando los potenciales de los grupos químicos que la conforman. Este esquema se utiliza en los campos de fuerza convencionales; el avance consiste en incorporar la polarizabilidad electrónica bajo un esquema desarrollado en el grupo de Biofísica de Cuernavaca, con um modelo que ya ha sido probado en diferentes moléculas y que ha mostrado una gran capacidad de predicción de las propiedades termodinámicas. Además de la forma funcional del potencial analítico, otra caracterísitca distintiva de nuestros modelos es que los parámetros se ajustan para reproducir cálculos cuánticos de las diversas contribuciones a la energía de interacción molecular; así se obtienen modelos sin sesgo empírico, de modo que la comparación con diversos datos experimentales sí constituye una validación real. En el proyecto se estudiará el agua como un prototipo de sustancia molecular, cuyas fases sólidas y líquidas presentan caracterísiticas peculiares, que no pueden ser reproducidas con los potenciales convencionales. En particular se continuará la investigación de soluciones acuosas de distintos iones bajo diversas condiciones de confinamiento y se estudiarán los distintos hielos. Se investigarán los grupos químicos -OH, -CH, -CH2 y -CH3, con los cuales pueden construirse modelos para los alcoholes, y se iniciará el estudio de otros grupos de interés en moléculas orgánicas, como -NH3 y -CO. En el proyecto también se contempla la formación de recursos humanos; se contará con un investigador posdoctoral y se buscará incorporar estudiantes desde el nivel de la licenciatura hasta el de doctorado.

Como resultado del proyecto se obtendrá una nueva generación de potenciales analíticos sofisticados con una mayor capacidad predictiva, que pueden ser utilizados en una amplia variedad de compuestos sujetos a un rango amplio de condiciones termodinámicas. Se avanzará en el entendimiento de las propiedades de las mezclas de alcoholes con agua en términos de los procesos moleculares subyacentes. Asimismo se avanzará en el entendimiento de la hidratación de los iones bajo diferentes condiciones de confinamiento. En particular, se refinarán los modelos para estudiar la selectividad iónica en nanoporos. El refinamiento en el modelo de agua y su aplicación al estudio de las diversas fases sólidas y líquida del agua permitirá obtener una imagen molecular más confiable de las propiedades únicas de esta sustancia.