Структурные свойства жидкостей с различными типами межмолекулярных взаимодействий (ацетон, N-метилформамид, формамид, вода) по данным компьютерного моделирования

• Автор: Давлетбаева, Светлана Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

I ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МОНТЕКАРЛО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ЖИДКОСТЕЙ

1. Алгоритм Метрополиса

2.1Териодичсскис граничные условия

3 Проблема эргодичности и сходимости

4 Современные представления о межмолекулярньгх взаимодействиях

5. Водородная связь

6. Методы аппроксимации межмолекулярньгх взаимодействий

II. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1 Современные представления о структуре жидкого ацетона
2. Структура и свойства жидких амидов
2.1 Формамид
2.2.Иметил формамид
3. Голуфеномеколоическис модели строения воды
4 Изучение структуры воды компьютерными методами
III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНААЯ ЧАСТЬ
1. Методика компьютерных расчегоп
2. Оценка корректности расчетов
3 Методика определения структурных свойств жидкости
4. Топологические свойства сеток связей
5. Перколяшюнные свойства сеток связей
IV ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Структурные свойства жидкого ацетона
1.1.ариыс корреляционные функции
1.2. Свойства надмолекулярной структуры жидкого
ацетона
1.3 Выводы
2. Структурные свойства жидкого метил формами да
2.1 Парные корреляционные функции
2.2. Свойства надмолекулярной ст руктуры
жидкого Мметилформнмида
2.3. Выводы
3. Структурные свойства жидкого формамида
3.1 арные корреляционные функции
3 2 Структурные свойства сетки Нсвязей
3 3 Надмолекулярная структура жидкого формамида
3.4 Выводы
4. Структурные свойства жидкой воды
4.1.арные корреляционные функции
4.2. Свойства сетки Нсвязей воды вблизи порога
гелеобразования
4 3. Свойства сетки Нсвязей воды в области средних
энергий межмолекулярного взаимодействия
4.4. Дальние корреляции во взаимном расположении
молекул и циклов связей
4.5. Надмолекулярная структура воды
4.6. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


На микроскопическом уровне существует бесконечное число различных способов, или конфигураций, в которых может быть реализовано данное макросостоянис. Большинство физических систем не являются полностью изолированными. Они могут обмениваться энергией и частицами с окружающей средой При этом полагают, что рассматриваемая система мала по сравнению с окружающей сс системой, и любое изменение характеристик малой системы не сказывается на состоянии большой. Большая система действует как тепловой резервуар или тентовая баня с заданной абсолютной температурой Т. В большом каноническом ансамбле Т,У,ц системы способны обмениваться и энергией, и частицами. Его состояние задается температурой Т, объемом V и химическим потенциалом ц. Расчет термодинамических характеристик, как правило, проводится в рамках канонического ансамбля КУТ, 1РТ. Больцмана. Квантовые статистические распределения для ансамблей фермионов и бозовов различны. В обычных флюидных системах эти различия не проявшотся, и при решении задач теории молекулярных растворов практически всегда можно пользоваться классической статистикой 1. Для реальных систем квантовые закономерности требуется учитывать лишь при описании внутримолекулярных состояний, 1греждс всего электронных и колебательных. Вклад межмо л окулярных взаимодействий в термодинамические функции, структурные характеристики можно найти, пользуясь формулами классической статистической термодинамики, рассматривая молекулы как объекты, подчиняющиеся законам классической механики. В классической статистической термодинамике микросостояние определяется заданием обобщенных коордииат я и обобщенных импульсов р. Для канонического ансамбля частиц вероятность иметь значения импульсов в интервале р, рДр, значения координат в интервале ц. Для классической системы статистическая сумма 1. ЕЛТ
МрЧ Ь2 ехрНрЩ Йрсц
А число степеней свободы молекул сорт а 1. Ям 2 ,,,. Ч
где т масса молекулы. Функцию Гамильтона, отсчитываемую от нулевой энергии молекул, можно представить как сумму энергии внутренних молекулярных движений электронные состояния, колебания, вращения и т. Надо энергии поступательного движения центров масс и потенциальной энергии межмолекулярных взаимодействий. С учетом этого статистическая сумма может быть представлена в виде 2
0 2пост 2енутр 1. Подставляя выражение для Гамильтониана в 1. Шп2 1. Конфигурационный интеграл ж как функция температуры Т, объема V и числа частш дает полную статистикомеханическую информацию о системе и позволяет по формулам . Н.7 построить всю термодинамику системы 3. Невозможность точного вычисления конфигурационного интеграла для реаитьных сиетем приводит к необходимости применения новых методов при построении статистической теории жидкости, которые бы не использовали непосредственного вычисления Къф Один из методов расчета многократных интегралов в математике метод МонтеКарно. Как отмечалось выше, в случае сложных жидкостей практически невозможно точно рассчитать значение конфигурационной статистической суммы системы Однако его можно оцешггь с помощью метода статистических испытаний, генерируя конечный набор молекулярных конфигураций и определяя вероятность их появления 1. Если в некоторый фиксированный объем помещать случайным образом молекулы, энергия взаимодействия между которыми задастся набором потенциальных функций, то болышановский множитель x , ДТ в зависимости от конфшурации системы может принимать различные значения. Некоторые конфигурации дают значительный вклад в канонические средние, а некоторые практически нулевой в том случае, когда две частицы сближены настолько, что между ними имеется сильное отгапкивание. V x Т
Вместо этого необходимо пользоваться методом сушест венной выборки. М УМ. Т1вхри1 кТ а 1. Поскольку усреднение 1. Метрополис с соавторами 4 предложил и качестве л. Больцмана 1. Х1 тМ М2
Ансамбл, состоящий из т конфигураций, подумают путем задания вероятностей перехода от одной конфигурации к другой. РрР9хр ЩИЗ. Таким образом, строят простые цепи Маркова, т.