Дипломная работа на тему: Динамика сетки водородных связей в воде и аморфном льде

Введение

Вода является одной из самых распространенных соединений в Природе. Несмотря на простоту ее химической структуры многие свойства этой жидкости и механизмы протекания ее физических процессов далеки от полного понимания. Вода обладает широким спектром аномальных свойств, проявляющихся в термодинамических, структурных, транспортных и др. характеристиках системы. Отчасти это может быть объяснено наличием, так называемой сетки водородных связей в воде. Водородные связи во многом определяют поведение воды и являются главной причиной существенного ее отличия от других жидкостей. Природа этих сильных анизотропных межмолекулярных взаимодействий способствуют проявлению специфических термодинамических и структурных свойств воды, а так же динамического поведения уникального по сравнению с другими веществами. Свойствами жидкой воды, которыми обусловленные такие важные процессы, как растворение различных веществ и транспорт протонов, является результатом движения воды в постоянно меняющейся структуре сетки водородных связей. Одними из методов, с помощью которого можно выполнить качественные и количественные оценки динамики сетки водородных связей являются методы компьютерного моделирования. В последнее время предложены различные критерии, позволяющие рассчитывать и анализировать водородные связи на основе данных моделирования молекулярной динамики.

Цель: исследовать динамику сетки водородных связей в воде методом молекулярной динамики

Задачи:

- выполнить компьютерное моделирование молекулярной динамики воды для температурной области от 200 до 400К при давлении 1.0 атм и аморфного льда для температурной области при этом же давлении;

- выполнить компьютерное моделирование молекулярной динамики воды для давления от 1.0 атм. до 10000 атм. При постоянной температуре 277К;

- рассчитать радиальную функцию распределения молекул воды в зависимости от давления;

- выполнить литературный обзор критериев водородной связи для воды;

- с помощью геометрического критерия водородной связи исследовать температурную зависимость количества водородных связей приходящихся на одну молекулу;

- рассчитать параметры порядка;

- показать, что наличие графеновых стенок существенно изменяет фазовую диаграмму воды

- обнаружить, что вода, заключенная между графеновыми слоями переходит в кубический лед Iс.

- Показать, что при электрокристаллизации воды существенно изменяется динамика сетки водородных связей.

Оглавление

- Введение

- Фазовая диаграмма и аномальные свойства воды 1.1 о воде

- Водородная связь в воде. Критерий водородной связи

- Аномальные свойства воды

- Кристаллические льды

- Аморфные льды глава ii.электрокристаллизация воды

- Понятие о электролизе и электролитах

- Электрокристаллизация и ее закономерности

- Динамика сетки водородных связей при электрокристаллизации воды Результаты

- Заключение по iii главе

- Библиографический список

Список литературы

[1] F.Н. Stillinger, А. Rahman, J. Chem. Phys. 57, 1281 (1972).

[4] Е. В. Moore, V. Moliner, J. Chem. Phys. 130, 244505 (2009).

[5] Белая М.Л., Левадный В.Г. Молекулярная структура воды. М.: Знание 1987. - 46 с.

[6] Бернал Дж. Д. Геометрия построек из молекул воды. Успехи химии, 1956, т. 25, с. 643-660.

[7] Бульенков Н.А. О возможной роли гидратации как ведущего интеграционного фактора в организации биосистем на разных уровнях их иерархии. Биофизика, 1991, т.36, в.2, с.181-243.

[8] Зацепина Т.Н. Свойства и структура воды. М.: изд-во МГУ, 1974, - 280 с.

[9] Аберухин Ю.И. Структурные модели жидкости. М.: Наука. 1981 - 185 с.

[11] J.L.F. Abascal, С. Vega, J. Chem. Phys. 123, 234505 (2005).

[12] Н.L. Рi, J.L. Aragones, С. Vega, Е.G. Noya, J.L.F. Abascal, М.А. Gonzalez and С. McBride, Mol. Phys. 107, 365 (2009).

[13] J.Р. Ryckaert, G. Ciccotti, and Н. J. С. Berendsen, J. Comput. Phys. 23, 327 (1977).

[15] R.М. Khusnutdinoff, А.V. Mokshin, Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 74, 640 (2010).

[16] Н.R. Wendt and F.F. Abraham, Phys. Rev. Lett.41, 1244 (1978).

[18] Р. Ren, J.W. Ponder, J. Phys. Chem. В 107, 5933(2003).

[19]Садыкова Р.Р. Динамика сетки водородных связей, Всероссийская конференция "Необратимые процессы в природе и технике", Москва, МГТУ им. Баумана, 2013 .

[20] Желиговская Е.А., Маленков Г.Г. // Успехи химии. 2006. Т.75. С. 64.

[21] Koga К., Zeng X.С., Tanaka Н. // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 79. Р. 5262.

[22] Khusnutdinoff R.М., Mokshin А.V. // J. Non-Cryst. Solids. 2011. V. 357. Р 1677.

[23] Khusnutdinoff R.М., Mokshin А.V. // Physica А. 2012 V. 391. Р. 2842.

[24] Aragones J.L., MacDowell L.G., Siepmann J.I., Vega С. // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 107. Р. 155702.

[25] Yan J.Y., Patey G.N. // J. Phys. Chem. Lett. 2011. V. 2. Р. 2555.

[26] Svishchev I.М., Kusalik Р.G. // J. Ann. Chem. Soc. 1996. V. 118. Р. 649.

[27] Braslavsky I., Lipson S.G. // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 72. Р. 264.

[28] Vegiri А., Shevkunov S.V. // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. Р. 4175.

[29] Yeh I.С., Berkowitz М.L. // J. Chem. Phys. 1999. V. 111. Р. 3155.

[30] Zhang X., Liu Q., Zhu А. // Fluid Phase Equil. 2007. V. 262. Р. 210.

[31] Werder Т., Walther J.Н., Jaffe R.L., Halicioglu Т., Koumoutsakos Р. // J. Phys. Chem. В. 2003. V. 107. Р. 1345.

[32] Мокшин А.В., Юльметьев Р.М., Хуснутдинов Р.М., Хангги П. // Химиче-ская физика. 2007. Т. 26. С. 5.

[33]Саркисов Г.Н. // УФН. 2002. Т. 172. С. 647.

[34]Мокшин А.В., Юльметьев Р.М., Хуснутдинов Р.М., Хангги П. // Физика твердого тела. 2006. Т. 48. С. 1662.

[35]Steinhardt Р.J., Nelson D.R., Ronchetti М. // Phys. Rev. В. 1983. V. 28. Р. 2.

[36] Swiatla-Wojcik D. // Chem. Phys. 2007. V. 342. Р. 260.

[37]Волошин В.П., Наберухин Ю.И. // Журн. структур. химии. 2009. Т. 50. С. 84.