📄Работа №127291

Тема: Влияние изотопного замещения дейтерий-водород на подвижность молекул воды методом молекулярной динамики

📝
Тип работы Дипломные работы, ВКР
📚
Предмет физика
📄
Объем: 31 листов
📅
Год: 2018
👁️
Просмотров: 83
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
ℹ️ Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.

📋 Содержание

Введение 3
Глава 1. Краткий обзор современного состояния моделирования эффектов изотопного замещения водород- дейтерий в молекуле воды 5
Глава 2. Методика исследования 6
2.1. Рассмотренные модели молекулы воды 6
2.2. Методика моделирования 8
2.3. Физические характеристики, рассчитанные по итогам моделирования . 8
Глава 3. Влияние изотопного замещения водород- дейтерий на микроструктуру и подвижность молекул воды в широком диапазоне температур 11
3.1. Плотность модельной воды 11
3.2. Микроструктура молекулы воды 12
3.3. Самодиффузия 14
3.4. Вращательная переориентация молекулы воды 16
Выводы 20
Список литературы 21
Приложения 23

📖 Введение

Изотопное замещение широко используется в экспериментальных методиках, в частности, в ядерном магнитном резонансе, как один из способов получить дополнительную информацию о структуре и молекулярной подвижности изучаемых систем. Однако, эксперимент позволяет получить только усредненные характеристики молекулярной системы. Это обусловлено тем, что молекулы в жидких фазах крайне подвижны, так как испытывают вращательное и поступательное движения, а многоатомные молекулы испытывают к тому же и конформационные переходы, и интерпретация экспериментально полученных величин приводит к необходимости использования модельных предположений о строении вещества. При этом не всегда представляется возможным независимо подтвердить или опровергнуть некоторые из модельных предположений, что приводит к существенным различиям в результатах, полученными разными авторами.
В качестве дополнения к экспериментальным методам целесообразно использовать компьютерное моделирование [1], которое позволяет получить детальную информацию о пространственной структуре молекул и их эволюции, и, в частности, метод молекулярной динамики [2]. Однако, многие методологические вопросы, имеющие отношение к моделированию эффектов изотопного замещения, не решены до сих пор. Например, для такой широко используемой системы как молекула воды, несмотря на многообразие существующих модельных представлений, проблема описания эффекта изотопного замещения протон-дейтерий не исследовалась систематически. В частности, не рассматривалось влияние изменения температуры системы на микроструктуру и молекулярную подвижность модельной воды. Один из основных нерешенных вопросов - является ли изменение массы водорода в существующих моделях молекулы воды достаточным, или же требуется корректировка других параметров?
В данной работе с помощью метода молекулярной динамики подробно рассмотрено влияние изотопного замещения протон- дейтерий на структурные и кинетические характеристики трех широко распространенных моделей молекулы воды (SPC/E [3], SPC-Fw [4] и TIP5P [5]) моделей молекулы воды в широком диапазоне температур. Основное внимание было уделено анализу изменений молекулярной подвижности при замещении атома водорода на дейтерий.

Возникли сложности?

Нужна качественная помощь преподавателя?

👨‍🎓 Помощь в написании

✅ Заключение

В данной работе с помощью метода молекулярной динамики было рассмотрено влияние изотопного замещения протон - дейтерий на характеристики модельной воды в широком диапазоне температур. Для расчета плотности использование SPC/E и SPC-Fw приводит к лучшему согласию с экспериментальными данными в случаях H2O и D2O, чем TIP5P модель. В интервале температур от 283 до 363 K отличие расчетных значений для модели SPC/E от экспериментальных для H2O составляет не более 1%. Модель TIP5P дает заниженную плотность (разница свыше 6%) для всего спектра исследуемых температур. Для расчета функций радиального распределения изменение массы атома водорода не приводит к сколько- нибудь заметным различиям в микроструктуре молекулы воды для SPC-Fw и TIP5P моделей. Значения функций радиального распределения для трех рассмотренных моделей различаются незначительно, и происходят их качественно верные изменения с ростом температуры. Коэффициенты самодиффузии D2O ниже, чем у H2O не более, чем на 15%, согласие с экспериментальными данными показывают SPC/E и SPC-Fw модели. Данные, полученные с использованием TIP5P, значительно завышены относительно экспериментальных. Значения времен корреляции вращательных переориентаций для TIP5P сильно завышены относительно остальных моделей. При более высоких температурах, начиная с 298 K, все из представленных моделей совпадают с незначительной погрешностью. Очевидно, что нецелесообразно использование TIP5P модели в связи с тем, что данная модель позволяет получить значения, несогласованные с множеством экспериментальных (за исключением функций радиального распределения).

Нужна своя уникальная работа?
Срочная разработка под ваши требования
Рассчитать стоимость
ИЛИ

📕 Список литературы

1. Егоров А.В., Комолкин А.В. / Компьютерное моделирование процессов ядерной магнитной релаксации в жидкостях / СПбГУ- 2013.
2. Комолкин А.В., Шеляпина М. Г. / Метод молекулярной динамики/ СПб.: Изд-во «Соло»- 2007.
3. Berendsen H. J. C., Grigera J. R., Straatsma T. P. / The missing term in effective pair potentials / J. Phys. Chem. - 1987. - 91, - P.6269.
4. Toukan K., Rahman A. / Molecular-dynamics study of atomic motions in water / Phys. Rev. - 1985. - 31, - P.2643.
5. Mahoney M.W., Jorgensen W.L. / A five-site model for liquid water and the reproduction of the density anomaly by rigid, nonpolarizable potential functions / J. Chem. Phys. - 2000. - 112, - P.8910.
6. Marti J., Padro J.A., Guardia E. / A molecular dynamics study of heavy water steam / J. Mol. Phys. - 1995. - 86, - P.263.
7. Sobrado P., Fitzpatrick P.F. / Solvent and primary deuterium isotope effects show that lactate CH and OH bond cleavages are concerted in Y254F flavocytochome b(2), consistent with a hydride transfer mechanism / Biochemistry. - 2003. - 42, - P.15208.
8. Tinsley R.A., Harris D.A., Walter N.G. /Significant kinetic solvent isotope effects in folding of the catalytic RNA from the hepatitis delta virus / J. Am.Chem.Soc. - 2003. - 125, - P.13972.
9. Cioni P., Strambini G.B. / Effect of heavy water on protein flexibility / J. Biophys. - 2002. - 82, - P.3246.
10. Grigera J. Raul / An effective pair potential for heavy water / J. Chem. Phys. - 2001. - 114, - P.8064.
11. ChIalvo A.A., Horita J. / Vapor-liquid equilibria and thermophysical behavior of the SPC-HW model for heavy water / J. Mol. Sim. - 2005. - 31, -P.14.
12. Head-Gordon T., Hura G. / Water Structure from Scattering Experiments and Simulation / Chem. Rev. - 2002. - 102, - P.2651.
13. Lyubartsev A. P., Laaksonen A. /M.DynaMix- a scable portable parallel MD simulation package for arbitrary molecular mixtures/ Comp. Phys. Comn. - 2000. - 128, - P.565.
14. Egorov A.V., Komolkin A.V., Chizhik V.I., et al. / Molecular dynamics simulation of the structure of water in a wide temperature range / Russ. J. Phys. Chem. A -2000. - 74, No 10. - P.1650.
15. Egorov A.V., Komolkin A.V., Chizhik V.I., et al. /Temperature and concentration effects on Li+ - ion hydrogen. A molecular dynamics simulation study / J. Phys. Chem. B -2003. - 107, - P.3234.
16. Ebner C., Sansone R., Probst, M. / Quantum chemical study of the interaction of nitrate anion with water / Int. J. Quant. Chem. 1998. - 70, - P.877.
... Всего источников – 27.

🖼 Скриншоты

🛒 Оформить заказ

Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.

©2026 Cервис помощи студентам в выполнении работ