Молекулярная динамика

Исследования состояния влаги в пористых телах давно уже привели к выводу об особом характере ее свойств вблизи поверхности частиц и о существовании так называемой связанной воды в дисперсных системах [1]. Отличия связанной воды от свободной объясняются перестройкой сетки межмолекулярных водородных связей в ее структуре под влиянием поля поверхностных сил. Моделирование структуры воды численными методами Монте-Карло и молекулярной динамики позволило получить некоторые количественные характеристики структурных изменений вблизи твердых поверхностей различной природы. При этом межмолекулярная водородная связь описывается различными потенциалами, правильность выбора которых проверяется путем сравнения рассчитанных и экспериментальных физических констант объемной воды. Поскольку численным методам посвящен ряд специальных статей этой монографии, остановимся только на основных результатах, важных для дальнейшего обсуждения. [c.7]

Существенный прогресс в развитии теории жидкого состояния достигнут в последнее время благодаря применению компьютерной техники — методов численного моделирования Монте-Карло и молекулярной динамики. Вначале эти методы были применены для описания свойств объемных жидкостей — термодинамических и физических — на основании потенциалов межмолекулярного взаимодействия. Это позволило, прежде всего, путем сравнения с известными свойствами реальных жидкостей уточнить вводившиеся межмолекулярные потенциалы. Наиболее надежные результаты получены для простых жидкостей, когда достаточно учесть сферически симметричные силы дисперсионного притяжения и борновского отталкивания, например в форме известного потенциала Леннарда — Джонса. [c.116]

Таким образом, для нахождения среднего по времени ( в общем случае необходимо проинтегрировать уравнения движения всех частиц системы за весь промежуток времени т->-оо. Практика расчетов методами молекулярной динамики показала, что усреднение значений Р с приемлемой точностью часто достигается за сравнительно небольшие промежутки времени после сравнительно небольшого числа соударений частиц, составляющих систему. Это сделало такие расчеты реально осуществимыми. С точки зрения задач механики сложное для анализа другими методами начальное состояние системы, отвечающее неравновесному распределению частиц, принципиально не отличается от любого другого. Поэтому к преимуществам метода молекулярной динамики прежде всего относится возможность исследовать неравновесные системы и изучать процессы релаксации — [c.190]

Что такое Г- и ц-пространства в статистической физике и с какой целью они введены В общих чертах расскажите о методе молекулярной динамики и статистическом методе при вычислении средних величин. [c.301]

Подобным образом были проведены расчеты поверхностного натяжения жидкостей. Применение современных ЭВМ позволяет по данным о е(г) проводить абсолютные расчеты свойств жидкостей. При этом в основном используют два метода. По первому методу молекулярной динамики решаются уравнения Ньютона для коллектива частиц, связанных энергией взаимодействия и обладающих некоторой заданной энергией. Такие расчеты удается делать для больших коллективов частиц (порядка тысяч). По второму методу — методу Монте — Карло — рассчитывают общие суммы состояния системы при заданной энергии взаимодействия и выборе возможных конфигураций расположения молекул друг относительно друга. С помощью ЭВМ были рассчитаны Я(г) термодинамические функции, вязкость, диффузионные характеристики и др. Кроме того, удалось определить характеристики траекторий определенных частиц. Оказалось, что частицы осуществляют весьма малые как бы дрожательные движения, в которых участвуют соседи. Поэтому понятия блужданий в жидкостях приобретают другой смысл, так как в них сразу участвует большое число частиц. Атом смещается тогда, когда его соседи в результате подобного коллективного движения освободят ему место. Теория диффузии в жидкостях, основан- [c.214]

Изучение транспортных характеристик молекул воды в пленках представляет особый интерес. С этой целью выполняли расчет методом молекулярной динамики, в котором для описания межмолекулярного взаимодействия использовалась модель ВЫ5 [340]. Выбор этой модели связан с тем, что в ее рамках подробно исследовались свойства воды в объемной фазе [339]. В процессе расчета температуру системы поддерживали равной 306 К. [c.124]

Трудности определения парциальных функций распределения не позволяют однозначно описать структуру двух (и более) компонентных систем. Расчет таких функций может быть произведен методом молекулярной динамики, разработанным А. М. Евсеевым. [c.192]

В методе молекулярной динамики решаются уравнения Ньютона с учетом сил, соответствующих энергии молекулярного парного взаимодействия при заданной соответствующей температуры энергии. [c.374]

Первые задачи, которые были решены с помощью численного расчета молекулярной динамики в рамках классических уравнений движения, относятся к бимолекулярным процессам столкновения атома с двухатомной молекулой [213, 443, 444]. Изучение подобных задач представляет наиболее развитую область метода классических траекторий. Это связано, во-первых, с относительно небольшой размерностью фазового пространства, что позволяет проводить численное исследование таких реакций на ЭВМ, и, во-вторых, с исследованием этих процессов в молекулярных пучках, требующих теоретической интерпретации. [c.57]

На основе физически оправданных предположений делается переход от процессов молекулярной динамики к статистическому описанию кинетики реакций с помощью относительно небольшой выборки траекторий. Это позволяет создать эффективную численную методику изучения кинетики с использованием классических траекторий движения. [c.76]

Условия Параметр молекулярной динамики [c.152]

В-третьих, в последние два десятилетия кинетика газофазных реакций переплелась с таким разделом физики, как молекулярная динамика в связи с изучением нестационарных химических реакций. В изучаемых нестационарной кинетикой системах физический процесс передачи возбуждения от молекулы к молекуле протекает одновременно с быстрым химическим превращением, так что скорость процесса определяется сочетанием характеристик происходящих в системе элементарных актов как физической, так и химической природы. По существу, нестационарные процессы представляют собой физико-химическую динамику [c.367]

В молекулярной динамике уравнения движения частиц интегрируют для того, чтобы в каждый момент времени t иметь возможность точно определить динамическое состояние системы — указать координаты и импульсы (р, q) всех частиц. Тогда любое [c.189]

Здесь н в дальнейшем энергия одной системы в ансамбле обозначена через е. Этот переход существенно упрощает проблему по сравнению с рассматриваемой в молекулярной динамике. Фазовое пространство имеет два различных аспекта в динамике оно позволяет определить точное состояние системы, тогда как в статистике его роль совсем другая — с помощью Г-пространства удобно сопоставлять множества микросостояний, отвечающих данному макросостоянию. Теперь появился некоторый простой и общий признак (энергия системы е), позволяющий выделить равновесные состояния в Г-пространстве. [c.196]

Из вывода ясно, что теорему Лиувилля можно доказать именно для (р, q) пространства. Этим и вызван выбор координат р и q для определения фазы в молекулярной динамике. Если ограничиться энергией как важнейшим интегралом движения, то согласно теореме Лиувилля плотность вероятности р(р, q) можно искать в виде функции [c.196]

Безусловно, решение частных механических задач представляет чрезвычайный интерес для теории макроскопических систем и, если оно практически осуществимо, позволяет описать все процессы в индивидуальной системе на языке механики. Кстати, метод численного решения уравнений движения с применением быстродействующих машин успешно используется молекулярной динамикой, — правда, в основном лишь для сравнительно простых систем в расчеты включаются не более нескольких сотен частиц. [c.8]

Определение траектории частицы в методе молекулярной динамики позволяет рассчитать характеристики переноса и, в частности, коэффициент самодиффузии. [c.374]

Таким образом, выделяются четыре основных направления в современных теоретических исследованиях жидкого состояния методы интегральных уравнений, теория возмущений, численные расчеты методами Монте-Карло и молекулярной динамики, решеточные теории. [c.361]

Значительные результаты получены при изучении адсорбционных флюидных систем методами Монте-Карло и молекулярной динамики. Получены интересные данные по адсорбции метана и воды в плоских порах углеродных материалов. [c.110]

При малых плотностях р и Рс практически совпадают, но с увеличением плотности различие возрастает и при т = 0,5 достигает 21% (Рс > Ро)- Истинные значения р для флюида твердых сфер, как показывают численные расчеты на ЭВМ по методу Монте-Карло (см. о нем 7 настоящей главы) и молекулярной динамики, лежат между р и р [c.382]

За последние годы появились работы, в которых исследования природы растворов неполярных газов в воде изучаются методом молекулярной динамики [57, 60]. Возможности этого метода весьма велики, но значительны и методические трудности применения его для растворов в воде. [c.164]

Методом молекулярной динамики исследовалась диффузия полимерной цепи в 10%-ном растворе на ансамбле из 1000 частиц, которые взаимодействуют между собой согласно потенциалу Леннарда-Джонса. Все частицы, включая цепь, первоначально находятся в узлах гексагональной кристаалической решетки с ребром а. Исследуемый объем представляет собой куб размером ЮдхЮахЮа со стандартными периодическими граничными условиями, позволяющими избежать влияния поверхностных эффектов. Кристаллу сообщается внутренняя энергия, характерная для жидкости несколько выше температуры замерзания. Для этого каждой частице приписывается случайное значение скорости, величина и направление которой определяется распределе шем Максвелла и условием неподвижности центра масс исследуемого объема. [c.104]

Особо следует отметить т. и. численные методы (молекулярной динамики и Монте-Карло), позволяющие проверить адекватность теоретич. представлений о форме потенциала межмолек. сил путем сопоставления результатов теории с экспериментально измеряемыми величинами. Расчеты макросвойств (хим. потенциала, энтропии, формы кривой сосуществования фаз и др.) производятся для системы из неск. сотен условных частиц, характеризующейся постулируемой формой потенциала межмолек. сил. В методе мо-лек. динамики решаются ур-ния движения всех рассматриваемых частиц, в методе Монте-Карло оценивается вероятность осуществления ра.зл. конфигурации. [c.493]

Эти хорошо известные примеры указывают на то, что электронные и ядерные спины могут играть важную роль в реакционной способности молекул. Но эти примеры не привели еще к созданию спиновой химии. Как раздел науки, спиновая химия сформировалась тогда, когда было установлено, что в ходе элементарных химических актов состояние спинов может изменяться и, что особенно важно, были найдены пути целенаправленного влияния на движение спинов в ходе элементарных химических процессов, были найдены возможности спинового, магнитного контроля химических реакций. Решающую роль сыграли открытие явления химической поляризации электронных и ядерных спинов (1967), открытие влияния внешнего магнитного поля на радикальные реакции (1972) и открытие магнитного изотопного эффекта в радикальных реакциях (1976), Отмеченные спиновые и магнитные эффекты связаны с синглет-триплетны-переходами в спин-коррелированных радикальных парах (РП), индуцированных сверхтонким взаимодействием неспаренных электронов с магнитными ядрами и/или разностью зеемановских частот неспаренных электронов РП. Принципиально то, что эти эффекты возникают благодаря движению спинов в элементарном химическом акте. Таким образом, стало ясно, что в элементарных химических актах есть не только молекулярная динамика, а имеется еще и спиновая динамика. Спиновая динамика играет в элементарных химических актах двоякую роль. С одной стороны, спиновая динамика активно влияет на механизм и кинетику реакции. [c.3]

Здесь KfA — собственная сжимаемость молекулы растворенного вещества (для низкомолекулярных соединений /См определяется сжимаемостью ковалентных связей и вандерваальсо-вых радиусов составляющих ее атомов эта сжимаемость мала и обычно ею пренебрегают [145—147, 164]) A/ i — изменение сжимаемости воды в гидратной оболочке К, 2 — сжимаемость контактов между молекулой растворенного вещества и окружающими молекулами воды. Смысл вклада Ki,2 можно пояснить на примере гидрофобных молекул, не образующих водородных связей с молекулами воды. В водном растворе гидрофобная молекула находится в полости, образованной сеткой водородно-связанных молекул воды. Так организованы клат-ратные гидраты [165], такие структуры получаются в машинных экспериментах, выполненных методами Монте-Карло и молекулярной динамики [166, 167]. Объем полости, занимаемой молекулой растворенного вещества, должен превышать ее ван- [c.50]

Структурные изменения воды в ГС подтверждаются спектральными методами [479—484], а также согласуются с результатами расчетов структуры тонких прослоек методами молекулярной динамики и Монте-Карло. Изменение структуры воды на больших расстояниях от поверхности частиц прямо подтверждено методом ядерного магнитного резонанса [66, 71, 73, 315]. Таким образом, во многих экспериментальных исследованиях обнаружено существенное отклонение структурно-чувстви- [c.170]

ФРАКТАЛЬНОСТЬ ТРАЕКТОРИЙ МОЛЕКУЛ В МЕТОДЕ, МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ [c.104]

Для расчета основных величин молекулярной динамики (сечения, угловые и энергетические распределения) и химической кинетики (коэффициенты скоростей химических реакций) в настоящее время применяется пять методйв 1) метод переходного состояния, 2) метод классических траекторий, 3) полу классическое приближение , 4) квантовые расчеты, [c.18]

Движение изолированной молекулы как целого и ее составных частей описывается, как известно, уравнением Шредингера, в котором учитывается взаимодействие всех электронов и ядер [107]. Молекулярная динамика, в широком смысле, имеет дело с движением как ядерной, так и электронной подсистемы. Однако для решения большогЬ класса задач молекулярной динамики и химической кинетики достаточно определить только движение ядер. При этом электронная подсистема задает силовое поле, в котором движутся ядра, и рассмотрение электронной подсистемы нужно лишь для того, чтобы найти это поле. [c.51]

Константа скорости мономолекулярной реакции зависит от всех трех стадий, точное описание которых возможно лишь на базе анализа разнообразных процессов молекулярной динамики. В предыдущей главе было показано, как можно рассчитывать оечения различных химических процессов на основе исследования классических траекторий движения молекул в ходе химической реакции. Для получения интегральной характеристики процесса — константы скорости реакции — необходимо провести усреднение полученного сечения по функции распределения, соответствующей данной реакции. Эта функция распределения, как правило, определяется с помощью статистического описания мономолекулярной реакции. [c.188]

Расчеты корреляционных функций для раствора проводятся теми же методами, что и для жидкостей решение интегральных уравнений, расчеты методами Монте-Карло и молекулярной динамики, применение теории возмущений. В настоящее время теоретически сравнительно хорошо исследованы смеси твердых сфер, отличающихся по размеру, смеси леннард-джонсовских жидкостей. В последние годы объектом изучения строгих теорий становятся не только смеси простых жидкостей, но также растворы с нецентральными межмолекулярными взаимодействиями (случай полярных молекул, молекул асимметричной формы). [c.248]

При описании свойств вещества методами классической физики необходимо рассматривать множество состояний системы, отличающихся импульсами и координатами отдельных молекул. Их называют микросостояниями. Одному значению термодинамических параметров системы отвечает множество различных микро-состояний. Для операций с подобными множествами удобно использовать понятие о фазовом или Г-пространстве. Если в системе содержится N молекул, каждая из которых состоит из m атомов, то расположение молекул в пространстве определяется 3Nm координатами ядер. В классической механике движение молекул описывается 3Nm компонентами скоростей или импульсов. Совокупность значений 6Nm динамических переменных в каждый момент времени точно определяет микросостояние системы и называется фазой, а соответствующее этим величинам 6jVm-MepHoe пространство, осями которого служат 3Nm импульсов и 3Nm координат, называют фазовым пространством или Г-прострапством. В этом пространстве каждое микросостояние системы в любой момент времени однозначно определяется положением одной точки, а изменение во времени импульсов и координат всех молекул передается некоторой линией, которую называют фазовой траекторией. В молекулярной динамике фазовая траектория описывает последовательную смену микросостояпий системы, ее молекулярную эволюцию. [c.188]

Постулат эргодности (квази-эргодности). Усреднение по времени с помощью методов молекулярной динамики и статистическое усреднение по совокупности систем с исполь- [c.192]

В настоящее время осуществляют расчеты, основывающиссп иа решении уравнений движения (расчеты по методу молекулярной динамики), для систем с небольшим числом частиц, порядка нескольких сотен. При этом можно с помощью специальных приемов оценивать характеристики макроскопической системы. Область применения метода молекулярной динамики в последние годы значительно расширилась, однако расчеты, как правило, относятся к сравнительно простым системам. [c.44]

Большие перспективы для расчета свойств жидкостей открывает применение численных методов метода Монте-Карло и метода молекулярной динамики. Метод Монте-Карло используется для непосредственного расчета средних по тоцу или иному ансамблю на быстродействующих машинах при генерировании цепи очень большого числа конфигураций метод молекулярной динамики состоит в численном решении уравнений движения. [c.361]

Это определяет, с одной стороны, фундаментальную теоретическую разработанность и значительную математизированность многих ведущих разделов коллоидной химии с широким применением методов химической термодинамики и статистики, термодинамики необратимых процессов, электродинамики, квантовой теории, теорий газового и конденсированного состояния вещества, структурной органической химии, статистики макромолекулярных цепей и т. д. Энергичное развитие в последние годы получили методы молекулярной динамики — численного эксперимента динамического типа с использованием быстродействующих ЭВМ. [c.9]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология