DEFINÍCIA

Oxid uhličitý (oxid uhoľnatý (IV), oxid uhličitý, oxid uhličitý) je za normálnych podmienok bezfarebný plyn, ťažší ako vzduch, tepelne stabilný a po stlačení a ochladení ľahko prechádza do kvapalného a pevného ("suchého ľadu") skupenstva.

Je zle rozpustný vo vode, čiastočne s ňou reaguje.

Hlavné konštanty oxidu uhličitého sú uvedené v tabuľke nižšie.

Tabuľka 1. Fyzikálne vlastnosti a hustota oxidu uhličitého.

Oxid uhličitý hrá dôležitú úlohu v biologických (fotosyntéza), prírodných (skleníkový efekt) a geochemických (rozpúšťanie v oceánoch a tvorba uhličitanov) procesoch. Vo veľkých množstvách vstupuje životné prostredie v dôsledku spaľovania fosílnych palív, hnijúceho odpadu a pod.

Chemické zloženie a štruktúra molekuly oxidu uhličitého

Chemické zloženie molekuly oxidu uhličitého je vyjadrené empirickým vzorcom CO 2 . Molekula oxidu uhličitého (obr. 1) je lineárna, čo zodpovedá minimálnemu odpudzovaniu väzbových elektrónových párov, dĺžka väzby C=H je 0,116 nm a jej priemerná energia je 806 kJ/mol. V rámci metódy valenčných väzieb sú dva σ -C-O spojenia vytvorený sp-hybridizovaný orbitál atómu uhlíka a 2p z - orbitály atómov kyslíka. Orbitály 2p x a 2p y atómu uhlíka, ktoré sa nezúčastňujú hybridizácie sp, sa prekrývajú s podobnými orbitálmi atómov kyslíka. V tomto prípade sa vytvoria dva π-orbitály umiestnené vo vzájomne kolmých rovinách.

Ryža. 1. Štruktúra molekuly oxidu uhličitého.

V dôsledku symetrického usporiadania atómov kyslíka je molekula CO 2 nepolárna, preto je oxid vo vode málo rozpustný (jeden objem CO 2 v jednom objeme H 2 O pri 1 atm a 15 o C). Nepolarita molekuly vedie k slabým medzimolekulovým interakciám a nízkej teplote trojného bodu: t = -57,2 o C a P = 5,2 atm.

Stručný popis chemických vlastností a hustoty oxidu uhličitého

Chemicky je oxid uhličitý inertný, čo je spôsobené vysokou energiou väzieb O=C=O. So silnými redukčnými činidlami pri vysokých teplotách sa prejavuje oxid uhličitý oxidačné vlastnosti. S uhlím sa znižuje na oxid uhoľnatý CO:

C + CO2 \u003d 2CO (t \u003d 1000 °C).

Horčík, zapálený na vzduchu, ďalej horí v atmosfére oxidu uhličitého:

CO2 + 2Mg \u003d 2MgO + C.

Oxid uhoľnatý (IV) čiastočne reaguje s vodou:

CO2 (1) + H20 \u003d CO2 x H20 (1) ↔ H2C03 (1).

Prejavy kyslé vlastnosti:

CO2 + NaOH zriedený = NaHC02;

CO2 + 2NaOH konc \u003d Na2C03 + H20;

C02 + Ba(OH)2 = BaC03↓ + H20;

C02 + BaC03 (s) + H20 \u003d Ba (HC03)2 (1).

Pri zahriatí na teplotu nad 2000 o C sa oxid uhličitý rozkladá:

2CO2 \u003d 2CO + O2.

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie	Pri spaľovaní 0,77 g organickej hmoty, pozostávajúceho z uhlíka, vodíka a kyslíka, vzniklo 2,4 g oxidu uhličitého a 0,7 g vody. Hustota pár látky, pokiaľ ide o kyslík, je 1,34. Určite molekulový vzorec látky.
Riešenie	m(C) = n(C)xM(C) = n(C02)xM(C) = xM(C); m(C) = x 12 = 0,65 g; m (H) \u003d 2 × 0,7 / 18 × 1 \u003d 0,08 g. m(O) \u003d m (C x HyOz) - m (C) - m (H) \u003d 0,77 - 0,65 - 0,08 \u003d 0,04 g. x:y:z = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H): m(0)/Ar(0); x:y:z = 0,65/12:0,08/1: 0,04/16; x:y:z = 0,054: 0,08: 0,0025 = 22:32:1. Prostriedky najjednoduchší vzorec zlúčeniny C22H32O, a jeho molárna hmota rovná 46 g/mol. Hodnota molárnej hmotnosti organickej látky sa môže určiť pomocou jej hustoty kyslíka: M látka = M(02) x D(02); M látka \u003d 32 × 1,34 \u003d 43 g / mol. M látka / M (C22H32O) \u003d 43/312 \u003d 0,13. Takže všetky koeficienty vo vzorci musia byť vynásobené 0,13. Takže molekulový vzorec látky bude vyzerať ako C 3 H 4 O.
Odpoveď	Molekulový vzorec látky C3H4O

PRÍKLAD 2

Cvičenie	Pri spaľovaní organickej hmoty s hmotnosťou 10,5 g sa získalo 16,8 litra oxidu uhličitého (N.O.) a 13,5 g vody. Hustota pár látky vo vzduchu je 2,9. Odvoďte molekulárny vzorec látky.
Riešenie	Urobme schému spaľovacej reakcie organická zlúčenina označujúci počet atómov uhlíka, vodíka a kyslíka ako „x“, „y“ a „z“, v tomto poradí: CxHyOz + Oz ->C02 + H20. Určme hmotnosti prvkov, ktoré tvoria túto látku. Relatívne hodnoty atómové hmotnosti prevzaté z Periodická tabuľka DI. Mendelejev, zaokrúhlené na celé čísla nahor: Ar(C) = 12 am.u., Ar(H) = 1 a.m.u., Ar(O) = 16 a.m.u. m(C) = n(C)xM(C) = n(C02)xM(C) = xM(C); m(H) = n(H)xM(H) = 2xn(H20)xM(H)=xM(H); Vypočítajte molárne hmotnosti oxidu uhličitého a vody. Ako je známe, molárna hmotnosť molekuly sa rovná súčtu relatívnych atómových hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu (M = Mr): M(C02) \u003d Ar (C) + 2 x Ar (O) \u003d 12+ 2 x 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44 g/mol; M(H20) \u003d 2 x Ar (H) + Ar (O) \u003d 2 x 1 + 16 \u003d 2 + 16 \u003d 18 g/mol. m(C) = x12 = 9 g; m(H) \u003d 2 x 13,5 / 18 x 1 \u003d 1,5 g. m (O) \u003d m (C x Hy Oz) - m (C) - m (H) \u003d 10,5 - 9 - 1,5 \u003d 0 g. Poďme definovať chemický vzorec spojenia: x:y = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H); x:y = 9/12: 1,5/1; x:y = 0,75: 1,5 = 1:2. To znamená, že najjednoduchší vzorec zlúčeniny je CH2 a jej molárna hmotnosť je 14 g / mol. Hodnota molárnej hmotnosti organickej látky sa môže určiť pomocou jej hustoty vo vzduchu: Mlátka = M(vzduch) × D(vzduch) ; M látka \u003d 29 × 2,9 \u003d 84 g / mol. Aby sme našli skutočný vzorec organickej zlúčeniny, nájdeme pomer získaných molárnych hmotností: M látka / M (CH 2) \u003d 84/14 \u003d 6. To znamená, že indexy atómov uhlíka a vodíka by mali byť 6-krát vyššie, t.j. vzorec látky bude vyzerať ako C 6 H 12.
Odpoveď	Molekulový vzorec látky C 6 H 12

Poďme sa teraz v krátkosti oboznámiť so štruktúrou molekúl, teda častíc, v ktorých je spojených niekoľko atómov. V zásade existujú dva spôsoby vytvárania molekúl z atómov.

Prvá z týchto metód je založená na vzniku elektricky nabitej častice z neutrálneho atómu. Už vyššie sme naznačili, že atóm je neutrálny, t.j. počet kladných nábojov v jeho jadre (počet protónov) je vyvážený počtom záporných nábojov, t.j. počtom elektrónov rotujúcich okolo jadra.

Ak z nejakého dôvodu atóm stratí jeden alebo viac elektrónov, potom v jeho jadre existuje určitý prebytok kladných nábojov, ktoré nie sú vyvážené záporne nabitými elektrónmi, a takýto atóm sa stáva kladne nabitou časticou.

Tieto elektricky nabité častice sa nazývajú ióny. Prispievajú k tvorbe molekúl z atómov.

Štúdium vlastností rôznych chemických prvkov ukazuje, že vo všetkých prípadoch sú najstabilnejšie tie, v ktorých je vonkajšia dráha elektrónov úplne zaplnená, alebo obsahuje najstabilnejší počet elektrónov - 8.

Toto brilantne potvrdzuje periodická tabuľka, kde nulová skupina obsahuje najviac inertné (t.j. stabilné a nevstupujúce do chemické reakcie s inými látkami) prvky.

Sú to po prvé hélium, ktoré má jednu dráhu vyplnenú dvoma elektrónmi, a plyny neón, argón, kryptón, xenón a radón, ktoré majú na vonkajšej dráhe osem elektrónov.

Naopak, ak má vonkajšia dráha atómov len jeden alebo dva elektróny, tak takéto atómy majú tendenciu dávať tieto elektróny iným atómom, ktorým na vonkajšej dráhe chýbajú 1-2 elektróny do čísla osem. Takéto atómy sú najaktívnejšie na vzájomnú interakciu.

Vezmite si napríklad molekula soli, v chémii nazývaný chlorid sodný a vznikol, ako naznačuje jeho názov, z atómov sodíka a chlóru. Atóm sodíka má na svojej vonkajšej dráhe jeden elektrón a atóm chlóru má sedem elektrónov.

Ak sa tieto dva atómy priblížia k sebe, potom sa jeden elektrón sodíka, ktorý sa nachádza na vonkajšej obežnej dráhe a je slabo „pripojený“ k jeho atómu, môže od neho odtrhnúť a prejsť k atómu chlóru, v ktorom bude ôsmym elektrónom v vonkajšia obežná dráha (obr. 4, a).

V dôsledku tohto prechodu sa vytvoria dva ióny: kladný sodíkový ión a záporný ión chlóru (obr. 4b), ktoré sa navzájom priťahujú a vytvárajú molekulu chloridu sodného, ​​ktorú možno znázorniť ako dve guľôčky pritiahnuté k sebe. pružina (obr. 4c).

Druhým spôsobom tvorby molekúl z atómov je, že keď sa dva alebo viac atómov priblížia k sebe, elektróny nachádzajúce sa na týchto atómoch na vonkajších dráhach sa preusporiadajú tak, že sa spoja s dvoma alebo viacerými atómami. Elektróny nachádzajúce sa na vnútorných dráhach sú naďalej spojené iba s týmto atómom.

V tomto prípade je tu opäť túžba vytvoriť najstabilnejšie dráhy ôsmich elektrónov.

Uveďme niekoľko príkladov takýchto molekúl.

Zoberme si molekulu oxidu uhličitého, pozostávajúcu z atómu uhlíka a dvoch atómov kyslíka. Pri tvorbe tejto molekuly dochádza k nasledujúcemu preskupeniu elektrónov vonkajších dráh týchto atómov (obr. 5)

Atóm uhlíka ponecháva dva elektróny na svojej vnútornej obežnej dráhe viazané na svoje jadro a štyri elektróny na jeho vonkajšej obežnej dráhe sú distribuované dvoma elektrónmi ku každému atómu kyslíka, z ktorých každý daruje dva elektróny pre spoločnú väzbu atómu uhlíka.

Na každej väzbe uhlík-kyslík sa teda vzájomne zúčastňujú dva páry elektrónov, v dôsledku čoho má každý z troch atómov takejto molekuly stabilnú vonkajšiu dráhu, po ktorej rotuje osem elektrónov.

Existujú, ako je známe, molekuly nielen vytvorené z rôzne prvky, ale aj z rovnakých atómov.

Vznik takýchto molekúl sa vysvetľuje aj túžbou po čo najstabilnejšom osemnásobnom počte elektrónov na vonkajšej obežnej dráhe.

Takže napríklad atómu kyslíka, ktorý má dva elektróny na vnútornej dráhe a šesť elektrónov na vonkajšej dráhe, chýbajú dva elektróny na vytvorenie osemrozmerného prostredia.

Preto sú tieto atómy spojené v pároch a tvoria molekulu kyslíka O 2, v ktorej sú zovšeobecnené dva elektróny z každého atómu, po ktorých bude okolo nich rotovať osem elektrónov na vonkajšej obežnej dráhe.

Pri tvorbe molekúl podľa druhého spôsobu, keď dochádza k výmene elektrónov medzi atómami, sa stredy atómov potrebujú priblížiť ako podľa prvého spôsobu, kedy dochádza len k vzájomnej príťažlivosti opačne nabitých iónov.

Ak si teda pri prvej metóde možno predstaviť takúto molekulu vo forme dvoch kontaktujúcich iónových guľôčok (obr. 4, c), ktoré nemenia svoju veľkosť a tvar, potom sa pri druhej metóde zdajú byť guľovité atómy sploštený.

Moderné metódyštúdium štruktúry látok umožňuje nielen poznať, z akých atómov sa skladajú rôzne molekuly, ale aj to, ako sú atómy v molekulách usporiadané, t. j. štruktúru týchto molekúl až po vzdialenosti medzi jadrami atómov, ktoré tvoria molekuly.

Na obr. Obrázok 6 ukazuje štruktúry molekúl kyslíka a oxidu uhličitého, ako aj usporiadanie atómových jadier v týchto molekulách, čo naznačuje medzijadrové vzdialenosti v angstromoch.

Molekula kyslíka pozostávajúca z dvoch atómov má tvar dvoch stlačených guľôčok so vzdialenosťou medzi jadrami atómov 1,20 A. Molekula oxidu uhličitého, pozostávajúca z troch atómov, má priamočiary tvar s atómom uhlíka v strede a dvoma atómami kyslíka umiestnenými na oboch stranách v priamke s medzijadrovými vzdialenosťami 1,15 A.

Ryža. 6. Štruktúry molekúl: a - usporiadanie atómov; b - usporiadanie atómových jadier; 1 - molekula kyslíka O 2; 2 - molekula oxidu uhličitého CO2.

Ale ak sa molekuly z tých istých atómov tak líšia, aká rozmanitosť musí byť medzi molekulami z rôznych atómov! Pozrime sa znova do vzduchu – možno tam nájdeme aj takéto molekuly? Samozrejme, že budeme!
Viete, aké molekuly vydýchate do vzduchu? (Samozrejme, nielen vy - všetci ľudia a všetky zvieratá.) Molekuly vášho starého priateľa - oxid uhličitý! Bublinky oxidu uhličitého vám pri pití perlivej vody alebo limonády príjemne brnia na jazyku. Kúsky suchého ľadu, ktoré sa vkladajú do škatúľ na zmrzlinu, sú tiež vyrobené z takýchto molekúl; suchý ľad je pevný oxid uhličitý.
V molekule oxidu uhličitého sú dva atómy kyslíka pripojené z opačných strán k jednému atómu uhlíka. „Uhlík“ znamená „ten, kto rodí uhlie“. Z uhlíka sa však rodí viac ako len uhlie. Keď kreslíte jednoduchou ceruzkou, na papieri zostávajú malé vločky grafitu - pozostávajú tiež z atómov uhlíka. Diamant a obyčajné sadze sú z nich „vyrobené“. Opäť tie isté atómy – a úplne odlišné látky!
Keď sa atómy uhlíka spoja nielen medzi sebou, ale aj s „cudzími“ atómami, potom sa zrodí toľko rôznych látok, že je ťažké ich spočítať! Zvlášť veľa látok sa rodí, keď sa atómy uhlíka spoja s atómami najľahšieho plynu na svete – vodíka.Všetky tieto látky sa nazývajú spoločným názvom – uhľovodíky, ale každý uhľovodík má svoje meno.
O najjednoduchšom z uhľovodíkov sa hovorí vo veršoch, ktoré poznáte: „Ale v našom byte máme plyn - to je ono! Názov plynu, ktorý horí v kuchyni, je metán. Molekula metánu má jeden atóm uhlíka a štyri atómy vodíka. V plameni kuchynského horáka sa zničia molekuly metánu, atóm uhlíka sa spojí s dvoma atómami kyslíka a získate už známu molekulu oxidu uhličitého. Atómy vodíka sa tiež spájajú s atómami kyslíka a výsledkom sú molekuly najdôležitejšej a potrebnej látky na svete!
Molekuly tejto látky sú aj vo vzduchu – je ich tam veľa. Mimochodom, do istej miery sa na tom podieľate aj vy, pretože tieto molekuly vydýchate do vzduchu spolu s molekulami oxidu uhličitého. Čo je to za látku? Ak ste to neuhádli, dýchajte na studené sklo a tu je pred vami - voda!

zaujímavé:
Molekula je taká malá, že ak by sme zoradili sto miliónov molekúl vody jednu za druhou, potom by sa celá táto čiara bez problémov zmestila medzi dve susedné pravítka vo vašom notebooku. Vedcom sa však aj tak podarilo zistiť, ako vyzerá molekula vody. Tu je jej portrét. Je pravda, že vyzerá ako hlava medvedíka Medvedíka Pú! Pozri, ako si nastražil uši! Samozrejme, nie sú to uši, ale dva atómy vodíka pripojené k „hlave“ - atóm kyslíka. Ale vtipy sú vtipy, ale naozaj - majú tieto „uši na vrchole“ niečo spoločné s mimoriadnymi vlastnosťami vody?

DEFINÍCIA

Oxid uhoľnatý (IV) (oxid uhličitý) za normálnych podmienok je to bezfarebný plyn, ťažší ako vzduch, tepelne stabilný a po stlačení a ochladení ľahko prechádza do kvapalného a pevného ("suchého ľadu") skupenstva.

Štruktúra molekuly je znázornená na obr. 1. Hustota - 1,997 g / l. Zle rozpustný vo vode, čiastočne s ňou reaguje. Vykazuje kyslé vlastnosti. Zotavovanie aktívne kovy, vodík a uhlík.

Ryža. 1. Štruktúra molekuly oxidu uhličitého.

Hrubý vzorec oxidu uhličitého je CO 2 . Ako je známe, molekulová hmotnosť molekuly sa rovná súčtu relatívnych atómových hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu (hodnoty relatívnych atómových hmotností prevzaté z periodickej tabuľky D.I. Mendeleeva sú zaokrúhlené na celé čísla ).

Mr(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O);

Mr(CO 2) \u003d 12 + 2 × 16 \u003d 12 + 32 \u003d 44.

DEFINÍCIA

Molová hmotnosť (M) je hmotnosť 1 mólu látky.

Je ľahké ukázať, že číselné hodnoty molárnej hmotnosti M a relatívne molekulová hmotnosť M r sú rovnaké, avšak prvá hodnota má rozmer [M] = g/mol a druhá je bezrozmerná:

M = NA × m (1 molekula) = NA × M r × 1 am.u. = (NA × 1 amu) × M r = × M r.

Znamená to, že molárna hmotnosť oxidu uhličitého je 44 g/mol.

Molárnu hmotnosť látky v plynnom stave možno určiť pomocou koncepcie jej molárneho objemu. Na tento účel nájdite objem, ktorý za normálnych podmienok zaberá určitá hmotnosť danej látky, a potom vypočítajte hmotnosť 22,4 litra tejto látky za rovnakých podmienok.

Na dosiahnutie tohto cieľa (výpočet molárnej hmotnosti) je možné použiť stavovú rovnicu ideálneho plynu (Mendelejevova-Clapeyronova rovnica):

kde p je tlak plynu (Pa), V je objem plynu (m 3), m je hmotnosť látky (g), M je molárna hmotnosť látky (g / mol), T je absolútna teplota (K), R je univerzálna plynová konštanta rovná 8,314 J / (mol × K).

Príklady riešenia problémov

PRÍKLAD 1

Cvičenie	Vytvorte vzorec na zlúčenie medi s kyslíkom, ak je pomer hmotností prvkov v nej m (Cu) : m (O) = 4: 1.
Riešenie	Nájdite molárne hmotnosti medi a kyslíka (hodnoty relatívnych atómových hmotností prevzaté z periodickej tabuľky D.I. Mendelejeva budú zaokrúhlené na celé čísla nahor). Je známe, že M = Mr, čo znamená M(Cu) = 64 g/mol a M(O) = 16 g/mol. n (Cu) = m (Cu) / M (Cu); n (Cu) \u003d 4/64 \u003d 0,0625 mol. n (0) \u003d m (0) / M (0); n (O) \u003d 1/16 \u003d 0,0625 mol. Nájdite molárny pomer: n(Cu):n(O) = 0,0625: 0,0625 = 1:1, tie. vzorec na kombinovanie medi s kyslíkom je CuO. Je to oxid meďnatý (II).
Odpoveď	CuO

PRÍKLAD 2

Cvičenie	Vytvorte vzorec pre zlúčeninu železa so sírou, ak je pomer hmotností prvkov v nej m (Fe): m (S) \u003d 7: 4.
Riešenie	S cieľom zistiť, aký vzťah chemické prvky v zložení molekuly je potrebné nájsť ich látkové množstvo. Je známe, že na zistenie množstva látky by sa mal použiť vzorec: Nájdite molárne hmotnosti železa a síry (hodnoty relatívnych atómových hmotností prevzaté z periodickej tabuľky D.I. Mendelejeva budú zaokrúhlené na celé čísla nahor). Je známe, že M = Mr, čo znamená M(S) = 32 g/mol, a M(Fe) = 56 g/mol. Potom sa látkové množstvo týchto prvkov rovná: n(S) = m(S)/M(S); n (S) \u003d 4/32 \u003d 0,125 mol. n (Fe) = m (Fe) / M (Fe); n (Fe) \u003d 7/56 \u003d 0,125 mol. Nájdite molárny pomer: n(Fe):n(S) = 0,125: 0,125 = 1:1, tie. vzorec na kombinovanie medi s kyslíkom je FeS. Je to sulfid železitý.
Odpoveď	FeS

Štátna polytechnická univerzita v Petrohrade

Ústav aplikovanej matematiky a mechaniky
Katedra teoretickej mechaniky

MOLEKULA OXIDU UHOĽNÉHO

projekt kurzu

Smer bakalárskeho výcviku: 010800 Mechanika a matematické modelovanie

Skupina 23604/1

Projektový manažér:

Priznal sa k obhajobe:

St. Petersburg

Kapitola 1 Molekulárna dynamika 3

1.2 Párové potenciály 5

1.2.1 Morseov potenciál. 5

1.2.2 Lennard-Jonesov potenciál. 6

1.2.3 Porovnanie Morseovho a Lennard-Jonesovho potenciálu 7

1.2.4 Grafy porovnania potenciálov a síl. 7

1.2.5 Záver 9

1.2 Molekula oxidu uhličitého 9

Kapitola 2 Písanie programu 10

2.1 Požiadavky na program 10

2.2 Kód programu. jedenásť

2.2.1 Premenné. jedenásť

2.2.2 Funkcia tvorby častíc 12

2.2.3 Fyzikálna funkcia 14

2.2.4 Funkcia Power 18

2.3 Výber optimálnych parametrov 19

Výsledky práce 20

Zoznam referencií 21

Úvod a vyjadrenie problému

Modelovanie molekúl, dokonca aj tých najjednoduchších, je náročná úloha. Na ich modelovanie je potrebné využiť mnohočasticové potenciály, no ich programovanie je tiež veľmi náročná úloha. Vynára sa otázka, či je možné nájsť jednoduchší spôsob modelovania najjednoduchších molekúl.

Párové potenciály sú vhodné na modelovanie, pretože majú jednoduchý tvar a ľahko sa programujú. Ako ich však možno aplikovať na molekulárne modelovanie? Moja práca je venovaná riešeniu tohto problému.

Preto úloha stanovená pred mojím projektom môže byť formulovaná nasledovne – modelovať molekulu oxidu uhličitého pomocou párového potenciálu (2D model) a zvážiť jej najjednoduchšiu molekulovú dynamiku.

Kapitola 1 Molekulárna dynamika

Klasická metóda molekulárna dynamika

Metóda molekulovej dynamiky (MD metóda) je metóda, pri ktorej sa sleduje časový vývoj systému interagujúcich atómov alebo častíc integráciou ich pohybových rovníc.

Základné ustanovenia:

Ak chcete opísať pohyb atómov alebo častíc, klasickej mechaniky. Zákon pohybu častíc sa nachádza pomocou analytickej mechaniky. Sily medziatómovej interakcie môžu byť reprezentované vo forme klasických potenciálnych síl (ako potenciálny energetický gradient systému). Na získanie výsledkov makroskopického (termodynamického) charakteru nie je potrebná presná znalosť dráh častíc systému za dlhé časové úseky. Súbory konfigurácií získané v priebehu výpočtov metódou molekulárnej dynamiky sú rozdelené podľa nejakej štatistickej distribučnej funkcie, napríklad zodpovedajúcej mikrokanonickej distribúcii.

Metóda molekulárnej dynamiky je použiteľná, ak je De Broglieho vlnová dĺžka atómu (alebo častice) oveľa menšia ako medziatómová vzdialenosť.

Klasická molekulárna dynamika sa tiež nedá použiť na modelovanie systémov pozostávajúcich z ľahkých atómov, ako je hélium alebo vodík. Navyše pri nízkych teplotách sa kvantové efekty stávajú rozhodujúcimi a na zváženie takýchto systémov je potrebné použiť kvantá - chemické metódy. Je potrebné, aby časy, v ktorých sa uvažuje o správaní systému, boli dlhšie ako relaxačný čas študovaných fyzikálnych veličín.

Metóda molekulovej dynamiky, pôvodne vyvinutá v teoretickej fyzike, sa rozšírila v chémii a od 70. rokov 20. storočia aj v biochémii a biofyzike. Pri určovaní štruktúry proteínu a zdokonaľovaní jeho vlastností hrá dôležitú úlohu, ak interakciu medzi objektmi možno opísať silovým poľom.

1.2 Párové potenciály

Vo svojej práci som využil dva potenciály: Lennard-Jones a Morse. O nich sa bude diskutovať nižšie.

1.2.1 Morseov potenciál.

D je energia väzby, a je dĺžka väzby, b je parameter charakterizujúci šírku potenciálovej jamy.

Potenciál má jeden bezrozmerný parameter ba. Pri ba=6 sú interakcie Morse a Lennard-Jones blízke. Ako sa ba zvyšuje, šírka potenciálovej studne pre Morseovu interakciu sa zmenšuje a interakcia sa stáva tuhšou a krehkejšou.

Pokles ba vedie k opačným zmenám - potenciálna jama sa rozširuje, tuhosť klesá.

Sila zodpovedajúca Morseovmu potenciálu sa vypočíta podľa vzorca:

Alebo vo vektorovej forme:

1.2.2 Lennard-Jonesov potenciál.

Párový mocenský potenciál interakcie. Definované vzorcom:

r je vzdialenosť medzi časticami, D je energia väzby, a je dĺžka väzby.

Potenciál je špeciálny prípad Mieho potenciálu a nemá žiadne bezrozmerné parametre.

Interakčná sila zodpovedajúca Lennard-Jonesovmu potenciálu sa vypočíta podľa vzorca

Pre Lennard-Jonesov potenciál sú tuhosť väzby, kritická dĺžka väzby a pevnosť väzby v tomto poradí

Vektorová sila interakcie je určená vzorcom

Tento výraz obsahuje iba párne mocniny medziatómovej vzdialenosti r, čo umožňuje nepoužívať operáciu extrakcie koreňov v numerických výpočtoch metódou dynamiky častíc.

1.2.3 Porovnanie Morseovho a Lennard-Jonesovho potenciálu

Ak chcete určiť potenciál, zvážte každý z funkčného hľadiska.

Oba potenciály majú dva pojmy, jeden je zodpovedný za príťažlivosť a druhý za príťažlivosť.

Morseov potenciál obsahuje záporný exponent, jednu z najrýchlejšie klesajúcich funkcií. Pripomínam, že exponent má tvar pre výraz zodpovedný za odpudzovanie a pre výraz zodpovedný za príťažlivosť.

Výhody:

Potenciál Lennarda Jonesa zase obsahuje výkonová funkcia milý

Kde n = 6 pre výraz zodpovedný za príťažlivosť a n = 12 pre výraz zodpovedný za odpudzovanie.

Výhody:

nie je potrebná extrakcia odmocnina, keďže sily sú aj pri naprogramovaní Hladšie klesajú a zvyšujú v porovnaní s Morseovým potenciálom

1.2.4 Grafy porovnania potenciálov a síl.

1.2.5 Záver

Z týchto grafov možno vyvodiť 1 záver - Morseov potenciál je flexibilnejší, preto je pre moje potreby vhodnejší, pretože je potrebné popísať interakcie medzi tromi časticami, a to bude vyžadovať 3 typy potenciálu:

Pre interakciu medzi kyslíkom a uhlíkom (pre každý kyslík v molekule je rovnaký) Pre interakciu medzi kyslíkmi v molekule oxidu uhličitého (nazvime to stabilizačná) Pre interakciu medzi časticami z rôznych molekúl

Preto v budúcnosti využijem len Morseov potenciál a názov vynechám.

1.2 Molekula oxidu uhličitého

Oxid uhličitý (oxid uhličitý) je plyn bez farby a zápachu. Molekula oxidu uhličitého má lineárnu štruktúru a kovalentné polárne väzby, hoci samotná molekula polárna nie je. Dipólový moment = 0.