Моделювання потенцiалу взаємодiї мiж молекулами води
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe61.10.0893Ключові слова:
водяна пара, потенцiал мiжмолекулярної взаємодiїАнотація
Дослiджується структура i явний вигляд потенцiалу мiжмолекулярної взаємодiї у водянiй парi. Припускається, що основний внесок до нього вноситься силами вiдштовхування, дисперсiйної та електростатичної взаємодiї. Незвiдна складова взаємодiї, яка зумовлена перекриттям електронних оболонок i звичайно пов’язується з водневим зв’язком, вважається малою i вiдкидається. Побудованi потенцiали, в яких: 1) вiдштовхування моделюється м’яким, степеневим, потенцiалом, а електростатична взаємодiя – вiдрiзком мультипольного ряду до диполь-октупольної взаємодiї включно i 2) вiдштовхування моделюється потенцiалом твердих сфер, а електростатична взаємодiя у той самий спосiб, що i в першому випадку. Дисперсiйна взаємодiя апроксимується стандартним чином в наближеннi Лондона. Мультипольнi моменти приймаються рiвними їх експериментальним значенням, близьким до вiдповiдних в квантово-хiмiчних розрахунках. Константи вiдштовхувальної i дисперсiйної взаємодiї пiдбираються так, щоб вiдтворити параметри iзольованого димера i температурну залежнiсть другого вiрiального коефiцiєнта. Отриманi таким чином вихiднi потенцiали використовуються для побудови усереднених потенцiалiв взаємодiї, якi визначають термодинамiчнi та кiнетичнi характеристики водяної пари. Характерною рисою потенцiалу вiдштовхування молекул води є показник степеня n = 28. Запропонованi потенцiалi суттєво вiдрiзняються вiд вiдомих потенцiалiв SPC, SPC/E, TIPS i т. iн.
Посилання
H.J.C. Berendsen, J.P.M. Postma, W.F. van Gunsteren, and J. Hermans, in Intermolecular Forces, edited by B. Pullman (Reidel, Dordrecht, 1981), p. 331 [DOI: 10.1007/978-94-015-7658-1_21].
W.L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J.D. Madura, R.W. Impey, and M.L. Klein, Comparison of simple potential functions for simulating liquid water, J. Chem. Phys. 79, 926 (1983) [DOI: 10.1063/1.445869].
M.W. Mahoney and W.L. Jorgensen, A five-site model for liquid water and the reproduction of the density anomaly by rigid, nonpolarizable potential functions, J. Chem. Phys. 112, 8910 (2000) [DOI: 10.1063/1.481505].
W.L. Jorgensen, Optimized intermolecular potential functions for liquid alcohols, J. Phys. Chem. 90, 1276 (1986) [DOI: 10.1021/j100398a015].
I.G. Kaplan, Theory of Molecular Interactions (Elsevier, Amsterdam, 1986).
S.V. Lishchuk, N.P. Malomuzh, and P.V. Makhlaichuk, Why thermodynamic properties of normal and heavy water are similar to those of argon-like liquids? Phys. Lett. A 374, 2084 (2010) [DOI: 10.1016/j.physleta.2010.02.070].
S.V. Lishchuk, N.P. Malomuzh, and P.V. Makhlaichuk, Contribution of H-bond vibrations to heat capacity of water, Phys. Lett. A 375, 2656 (2011) [DOI: 10.1016/j.physleta.2011.05.049].
J. Odutola and T.R. Dyke, Partially deuterated water dimers: Microwave spectra and structure, J. Chem. Phys. 72, 5062 (1980) [DOI: 10.1063/1.439795].
P.V. Makhlaichuk, M.P. Malomuzh, and I.V. Zhyganiuk, Nature of hydrogen bond in water, Ukr. J. Phys. 57, 113 (2012).
S.L. Shostak, W.L. Ebenstein, and J.S. Muenter, The dipole moment of water. I. Dipole moments and hyperfine properties of H2O and HDO in the ground and excited vibrational states, J. Chem. Phys. 94, 5875 (1991) [DOI: 10.1063/1.460471].
J. Verhoeven and A. Dymanus, Magnetic properties and molecular quadrupole tensor of the water molecule by beam-maser Zeeman spectroscopy, J. Chem. Phys. 52, 3222 (1970) [DOI: 10.1063/1.1673462].
E.R. Batista, S.S. Xantheas, and H. Jonsson, Molecular multipole moments of water molecules in ice Ih, J. Chem. Phys. 109, 4546 (1998) [DOI: 10.1063/1.477058].
N.S. Osborne, H.F. Stimson, and D.C. Ginnings, Calorimetric determination of the thermodynamic properties of saturated water in both the liquid and gaseous states from 100 to 374 C, J. Res. Natl. Bur. Stand. 18, 389 (1937) [DOI: 10.6028/jres.018.020].
N.S. Osborne, H.F. Stimson, and D.C. Ginnings, Thermal properties of saturated water and steam, J. Res. Natl. Bur. Stand. 23, 197 (1939) [DOI: 10.6028/jres.023.009].
J.B. Hasted, in Water: A Comprehensive Treatise, edit. by F. Franks (Plenum Press, New York, 1972), Vol. 1, p. 255 [ISBN 9780306371813].
Yu.M. Kessler, V.E. Petrenko, A.K. Lyashchenko et al., Water: Structure, State, Solvation (Nauka, Moscow, 2003) (in Russian).
N.P. Malomuzh, V.N. Makhlaichuk, and S.V. Khrapatyi, Water dimer dipole moment, Russ. J. Phys. Chem. A 88, 1431 (2014) [DOI: 10.1134/S0036024414080172].
V.Yu. Bardic, N.P. Malomuzh, and V.M. Sysoev, Functional form of the repulsive potential in the high pressure region, J. Mol. Phys. 120, 27 (2005) [DOI: 10.1016/j.molliq.2004.07.020].
V.Yu. Bardic, N.P. Malomuzh, K.S. Shakun, and V.M. Sysoev, Modification of an inverse-power potential for simple liquids and gases, J. Mol. Phys. 127, 96 (2006) [DOI: 10.1016/j.molliq.2006.03.026].
I.Z. Fisher, Ukr. Fiz. Zh. 20, 415 (1975).
L.D. Landau and E.M. Lifshitz, Statistical Physics, Part 1 (Pergamon Press, 1980).
J.O. Hirschfelder, C.F. Curtiss, R.B. Bird, The Molecular Theory of Gases and Liquids, (Wiley, New York, 1954) [ISBN-13 9780471400653].
N.P. Malomuzh, V.N. Makhlaichuk, P.V. Makhlaichuk et al., Cluster structure of water in accordance with the data on dielectric permittivity and heat capacity, J. Struct. Chem. 54, S205 (2013) [DOI: 10.1134/S0022476613080039].
T. Ichiye and M.-L. Tan, Soft sticky dipole-quadrupoleoctupole potential energy function for liquid water: An approximate moment expansion, J. Chem. Phys. 124, 134504 (2006) [DOI: 10.1063/1.2161201].
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
