Молекулярно - динамическое моделирование растворов чистых цис - и транс - декалина и их смесей Еремин Роман Александрович, ЛРБ, ОИЯИ Холмуродов Холмирзо. - презентация

1 Молекулярно - динамическое моделирование растворов чистых цис - и транс - декалина и их смесей Еремин Роман Александрович, ЛРБ, ОИЯИ Холмуродов Холмирзо Тагойкулович, ЛРБ, ОИЯИ Авдеев Михаил Васильевич, ЛНФ, ОИЯИ

2 Декалин ( декагидронафталин, C 10 H 18 ) Алициклический углеводород, полностью гидрированный аналог нафталина ; При нормальных условиях бесцветная сильно пахнущая жидкость ; Существует две изомерные формы декалина, отличающиеся относительным положением углеродных циклов ( цис - и транс - ): Хороший растворитель многих органических соединений и полимеров. Структуры молекул цис -( слева ) и транс -( справа ) декалина

3 Цель работы Определение набора параметров потенциала, описывающего ван - дер - ваальсовое взаимодействие ( Леннарда - Джонса ), обеспечивающего адекватное описание свойств рассматриваемой физической системы Задачи 1.Моделирование чистых цис - и транс - декалина при различных наборах параметров потенциала Леннарда - Джонса и сравнение результатов с экспериментальными данными ; 2.Выбор набора параметров ; 3.Моделирование смесей с различным изомерным составом при выбранном наборе и сравнение полученных результатов с экспериментом ; выводы об выбранном наборе параметров. Недавнее исследование [1] показало, что в растворе транс - декалина кулоновское взаимодействие оказывается подавленным взаимодействием ван - дер - ваальса. 1.Eremin, R., Kholmurodov, Kh., Avdeev, M., Petrenko, V., Yasuoka, K. (2012) Molecular Dynamics Simulations on trans- and cis-Decalins: The Effect of Partial Atomic Charges and Adjustment of Real Densities, Int. J. Chem., 4 (in press).

4 Моделирование Молекулярно - динамическое ( МД ) моделирование проводилось с использованием кода общего назначения DL_POLY версии В качестве начальной конфигурации использовалось кристаллическое состояние декалина [1]; граничные условия : кубические. Моделирование до равновесного состояния проводилось в NPT ансамбле Хувера ( постоянное число частиц, давление и температура ). 1.Eibl, S., Fitch A., Brunelli, M. et al. (2009). trans-Decahydronaphthalene (decalin) from powder diffraction data. – Acta Cryst., 65, Кристаллическая структура транс - декалина, исследованная в [1] методом порошковой дифракции рентгеновского излучения

5 Потенциал межмолекулярного взаимодействия 1.Allen, M. P., Tildesley, D. J. (1989). Computer Simulation of Liquids. Clarendon, Oxford, UK. 2.Lorentz, H.A. (1881). Über die Anwendung des Satzes vom Virial in der kinetischen Theoric der Gase. – Ann. Phys., 248, Berthelot, D. (1889). Sur le Melange des Gaz. – Comptes Rendus de L'Academie des Sciences, 126,

6 Выбор параметров цис - декалин : ρ = g/cm 3 (303.15K)[1] транс - декалин : ρ = g/cm 3 (303.15K)[1] σ C = 3.35 Å [2], ε C = 0.06 ккал / моль σ Hc = 2.23 Å, ε Hc = 0.02 ккал / моль σ Ht = 2.25 Å, ε Ht = 0.02 ккал / моль 1.Miyake, Y., Baylaucq, A., et al. (2007). Stereoisomeric effects on volumetric properties under pressure for the system cis - + trans -decalin – Fluid Phase Equilib.s, 252, Tildesley, D. J., Madden, P.A. (1981). An effective pair potential for liquid carbon disulphide. – J. Mol. Phys., 42,

7 Смеси с различным составом Моделирование проводилось для смесей с различным относительным содержанием цис - и транс - декалина : 20/80, 50/50, 80/20 смесь ρ EXP, g/cm 3 [1] ρ MD, g/cm 3 20/ ± ± / ± ± / ± ± ВЫВОД : Выбранный набор параметров может быть использован для моделирования реального раствора декалина, поскольку МД подход точно воспроизводит свойства системы. 1.Miyake, Y., Baylaucq, A., et al. (2007). Stereoisomeric effects on volumetric properties under pressure for the system cis - + trans -decalin – Fluid Phase Equilib.s, 252,

8 Результаты работы и направления дальнейших исследований На основании сравнения результатов МД моделирования чистых цис - и транс - декалина и экспериментальных данных, определен набор параметров потенциала Леннарда - Джонса, описывающего ван - дер - ваальсовое взаимодействие ; Проверка указанного набора параметров показала, что макроскопические свойства смесей изомеров точно описываются в МД подходе независимо от изомерного состава ; Результаты позволяют проводить усложнение системы и рассматривать предельные растворы на основе декалина ( смеси изомеров 50/50); В настоящее время совместно с Лабораторией нейтронной физики им. И. М. Франка исследуются растворы монокарбоксильных кислот ( миристиновой, стеариновой и олеиновой ) в протонированном и дейтерированном декалине.

9 Благодарю за внимание