Моделирование сверхкритической воды методами классической и квантовой молекулярной динамики

• Автор: Ведь, Ольга Валерьевна
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава

1. Свсрхкритическая вода экспериментальное

и компьютерное исследование

обзор литературы

1.1. Области применения сверхкритической воды

1.2. Экспериментальное исследование структурных

особенностей сверхкритической воды

1.3. Экспериментальное исследование динамических

характеристик сверхкритической воды

1.4. Подходы, основанные на классическом
моделировании сверхкритической воды с использованием парных потенциалов
2. Классическое молекулярнодинамическое
моделирование сверхкритической воды. Динамика водородных связей
2.1 Метод классической молекулярной динамики
2.2 Параметризация нового потенциала водавода при сверхкритических условиях
2.3 Водородная связь в сверхкритической воде
2.4 Среднее время жизни водородных связей
2.5. Особенности водородного связывания в
сверхкритической воде вблизи кривой насыщения
3. Нсэмпнричсская молекулярная динамика
сверхкритической воды
3.1. Концепция и особенности неэмпирической
молекулярной динамики
3.2. Реализация метода КараПарринелло
3.3. Структура сверхкритической воды
3.4 Динамика водородных связей в
сверхкритической воде в моделировании методом КараПарринелло
Выводы
Список литературы


Окислительные реакции в сверхкритической воде могут быть использованы при опреснении при условиях выше критической точки, когда растворимость многих неорганических солей отрицательна, что приводит к их осаждению из промышленного сырья, например, морской воды. В последние десятилетия значительно возрос интерес фундаментальной науки и промышленности к сверхкритическим флюидам, в большей степени к сверхкритической воде. Такое внимание обусловлено определяющей ролью сверхкритических флюидов в различных природных процессах и новых перспективных технологиях 3, 4. Последние достижения в области практического применения сверхкритических флюидов были представлены па международном семинаре Сверхкригические флюиды фундаментальные основы, технологии, инновации в году 5. В первую очередь, сверхкритическая вода привлекла большое внимание как новая, экологически безопасная среда для органических реакций. С практической точки зрения, представляет интерес е использование при уничтожении токсичных отходов. Органические соединения могут быть быстро и почти полностью преобразованы
молекулярным кислородом в небольшие частицы СО2, Н, 2, СГ, 4 и т. Также при гидролизе в свсрхкритической воде быстро происходит превращение загрязняющих веществ в простейшие соединения без участия кислорода. Альтернативным источником окисления является пероксид водорода, который широко используется в эксперименте и может быть экономичным в процессах. Другим перспективным направлением использования воды в суб и сверхкритическом состоянии является гомогенный и гетерогенный катализ. В последние годы опубликовано несколько обзоров по применению сверхкритических жидкостей в катализе 68. В этих процессах суб и сверхкритическая вода может выполнять роль нетоксичного растворителя, эффективного кислотноосновного катализатора в гомогенном катализе, или же реагента, или среды для получения нанокристаллических гетерогенных катализаторов с заданными свойствами. В последние годы актуальной становится разработка новых высокопроизводительных способов получения наноматериалов. Одним из наиболее перспективных методов приготовления оксидных нанокристаллических материалов является гидротермальный синтез, под которым подразумевают гетерогенную реакцию в водной среде при температурах 3К и давлениях 0. МПа 9. Таким методом получают нанокристаллические оксидные порошки с заданными размерами частиц и фазовым составом и с развитой удельной поверхностью, чего зачастую нельзя добиться с помощью традиционных методик. Экспериментальное исследование структурных особенностей сверхкритической воды. Обычно исследования сверхкритической воды варьируются по изохорс между 0. К. По мерс того как вода нагревается до суб и сверхкритической области, число водородных связей на молекулу воды уменьшается. При какой температуре будет происходить полное разрушение водородных связей, изучалось в течение многих лет, многими экспериментальными исследованиями ПК и Раман спектроскопией рентгеновским, рамановским и нейтронным рассеянием рентгеновской и нейтронной дифракцией. Тем не менее, детальная микроскопическая картина СКВ до сих пор не является полной. Экспериментальные данные показывают существенную разницу в структуре воды при высоких температурах и давлениях, а именно, предсказанный температурный предел, при котором происходит полный разрыв ВС в СКВ, становится выше и выше. Сначала считалось, что ВС будут исчезать выше 0К. Затем, авторы предложили сдвинуть этот предел до 3К, предполагая, что выше этой температуры вода состоит из свободно вращающихся мономеров. В это же время, , экспериментально изучавший ИК абсорбцию в жидкой воде, расширил предел водородного связывания до критической температуры. Последующие серии высокотемпературных спектроскопических экспериментов показали, что верхний предел существования ВС в воде выше 3К. Более того, рентгенодифракционные эксперименты для СКВ показали вероятность существования тетраэдрических водородносвязанных конфигураций при 3К и ЮОМПа. В работах Ю. Е. Горбатого из экспериментальных данных по дифракции рентгеновских лучей, ИКспектров, и ЯМР химических сдвигов, с учетом компьютерных расчетов, была получена линейная температурная зависимость степени водородной связанности при 3КТ3К, 0.