Взаимодействие кластеров воды с парниковыми газами

• Автор: Рахманова, Оксана Рашитовна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список используемых обозначений и сокращений

Введение

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Фундаментальные концепции в описании

атмосферы планет

1.2 Термодинамические принципы моделирования

атмосферы

1.3 Молекулы парниковых газов и их функция в атмосфере

1.4 Развитие моделей молекулы воды

1.5. Теоретическое и экспериментальное исследование кластеров

воды и их взаимодействие с молекулами примеси
1.5.1 Изучение чистой воды
1.5.2 Взаимодействие воды и примеси
1.6 Исследование диэлектрических и динамических свойств воды
в компьютерном эксперименте
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ, СТРУКТУРНЫХ И СПЕКТРАЛЬНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК КЛАСТЕРОВ
2.1 Компьютерные модели
2.1.1. Межатомные взаимодействия
2.1.2. Методика проведения молекулярно-динамических расчетов
2.1.3. Метод Гира
2.1.4. Параметры Родрига-Гамильтона
2.1.5. Схема интегрирования уравнений движения при
наличии вращений
2.1.6. Ультрадисперсные системы из кластеров
2.2. Термодинамические свойства и критерии
устойчивости кластеров

2.3. Усовершенствованный метод статистической геометрии
2.4. Метод расчета спектральных характеристик и ИК-спектров
2.5. Метод расчета свободной энергии
2.6. Оценка надежности используемой модели
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЛАСТЕРОВ
ЧИСТОЙ ВОДЫ
3.1 Устойчивость кластеров (Н20)п
3.2. Микроструктура агрегатов (Н20)п
3.3. Диэлектрические свойства и ИК-спектры водных ультрадисперсных систем
ГЛАВА 4. АБСОРБЦИЯ МОНООКСИДОВ УГЛЕРОДА И АЗОТА
УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ ВОДНОЙ СИСТЕМОЙ
4.1 Устойчивость кластеров воды, абсорбировавших
молекулы СО и N0
4.2. Диэлектрические свойства и ИК-спектры систем,
состоящих из кластеров воды и молекул СО и N0
4.2.1. Системы из кластеров воды, содержащих по одной и
две молекулы примеси
4.2.2. Системы из кластеров воды, содержащих до 10 молекул примеси
ГЛАВА 5. ПОГЛОЩЕНИЕ КЛАСТЕРАМИ ВОДЫ МОЛЕКУЛ
ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И ЗАКИСИ АЗОТА
5.1 Устойчивость кластеров С02(Н20)п, И20(Н20)п, (СО2)1(Н2О)10и(М2О)1(Н2О)
5.2. Микроструктура агрегатов С02(Н20)п, И20(Н20)п,
(СО2)1(Н2О)10 и (Н2О),(Н2О)10
5.3. Диэлектрические свойства и ИК-спектры систем,
состоящих из кластеров воды с молекулами С02 и И20
Заключение
Список литературы
Список основных используемых обозначений и сокращений
ИК - инфракрасное
МВ - многогранник Вороного
МД - молекулярная динамика
с - скорость света
ср - изобарная теплоемкость
с„ — изохорная теплоемкость
йс,- дипольный момент кластера
йе//-эффективный дипольный момент
(1,;а5 — газофазный дипольный момент
ф„, - индуцированный дипольный момент молекулы
Б - вектор электрической индукции
е - заряд электрона
Е - вектор напряженности электрического ПОЛЯ
Е® - напряженность электрического поля в точке /, произведенная находящимися в системе фиксированными зарядами < Е2 > - среднее значение квадрата напряженности электрического поля /(г) - средняя сила между двумя молекулами _/} - сила, действующая на атом (молекулу)
- корреляционная функция полного дипольного момента системы ДО - избыточная свободная энергия системы к - постоянная Планка или коэффициент экстинкции Цш - преобразование Фурье - Лапласа к - постоянная Больцмана
кЕ - коэффициент диэлектрической устойчивости
((МГ)2) - флуктуации кинетической энергии
I - расстояние между точками или длина ребра МВ т - масса электрона, атома, молекулы или число ребер в грани МВ
Экспериментально [84, 85] и теоретически [86, 87] было установлено, что растворимость воды в диоксиде углерода в условиях окружающей среды возрастает с температурой и полное смешение достигается при температуре в окрестности критической температуры воды. В работе [88] были получены ИК-спектры смеси HD0/C02 в области температур 313-613 К при давлении 25 МПа. Анализ спектров показал, что ниже 100°0 вода существует только в форме мономеров, тогда как димеры начинают появляться при более высокой температуре. С нагревом концентрация димеров возрастает при расходе мономеров, так что димеры обнаруживаются в С02 при температурах, близких к температуре, при которой происходит полная растворимость смеси вода-диоксид углерода. Методом ЯМР спектроскопии в работе [89] измерен трансляционный коэффициент диффузии воды в сверхкритическом диоксиде углерода. Природа взаимодействий, существующих между водой и диоксидом углерода, была также исследована ab initio методом [90, 91]. В работе [92] экспериментально установлено поверхностное натяжение системы вода-диоксид углерода.при температуре 298 К и давлении 6.6 МПа. Показано, что поверхностное натяжение на границе двух фаз системы Н20 + С02 остается постоянным во времени при массовом переносе С02 в водную фазу. В физическом эксперименте исследовалась растворимость С02 в деионизированной воде при постоянных температуре Т и давлении Р [93] и плотность раствора вода + диоксид углерода при вариации Т и Р в широком диапазоне их значений [94]. Обнаружено, что плотность водного раствора С02 возрастает линейно с ростом его концентрации при постоянном давлении, а также с ростом Т и Р. Отмечается слабая растворимость воды в диоксиде углерода.
Взаимодействие воды с метанолом рассмотрено в работе [29]. Анализ структуры системы вода-метанол показал, что молекулы воды образуют решетку вокруг метальной группы. Причем две или три молекулы воды оказы-ваются связанными водородной связью с гидроксильным концом метанола. В растворе метанол-вода с преобладанием водных молекул хорошо наблюдается тетраэдричный характер локальной структуры [15]. В кластерах сме-