Vizsgálatok a vízmolekula állapotjelző-független klasszikus modelljének fejlesztéséhez = Studies for the development of state-independent classical model of the water molecule

摘要

Megmutattuk, hogy minden eddigi modell hiányossága, hogy nem képes pontosan becsülni a nagy nyomású jég polimorfok belső energiáját. Az Ih jéghez viszonyítva pl. a hasonló hőmérsékletű jég VII energiája a kísérleti eredmények alapján csak kb. 4-6 kJ/móllal magasabb, szemben a modellszámítások által szolgáltatott 8-10KJ/mól különbséggel. Megmutattuk, hogy a folyadék-gőz egyensúly, a második viriálegyüttható, a gőznyomás, az olvadási hőmérséklet értékeinek becslését, a merev modellek nem képesek kielégítően megtenni. A jég kristályos módosulatai közül 9-ben a protonok pozíciója rendezetlen. A különféle konfigurációk kézenfekvő vizsgálata a kötésben lévő molekula dimerek orientációjának a statisztikája. Megállapítottuk, hogy a dimer elrendeződések a hibahatároknál nagyobb energiakülönbségeket eredményezhetnek, ami a jég fázisok relatív stabilitásánál nem elhanyagolható. Kifejlesztettünk egy új polarizálható modellt, amely számos tulajdonságot jól becsül. A nóvum a modellünkben az, hogy a polarizáció befolyásolja a molekula méretét. Ezzel a pályázat alapvető célját elértük. Kifejlesztettünk egy olyan új, egzakt izobár MD algoritmust, amely a nyomás kontrollt a sokkal egyszerűbb sztochasztikus módszert alkalmazásával éri el. A pályázat támogatásával születtek még munkák az inverz probléma megoldásával, illetve alkalmazásával kapcsolatosan. Túlnyomóan Tóth Gergely, illetve kisebb részben Pusztai László vezetésével. | We pointed out a shortage of every model developed so far that they are unable to predict the internal energy of the high pressure ices correctly. Relative to the Ih phase the internal energy of ice VII should be only 4-6kJ/mol higher according to experiments, instead of the 8-10 kJ/mol difference predicted by the models. We showed that in the cases of liquid-vapor equilibrium, second virial coefficient, and vapor pressure, and the melting temperature of the ice the models cannot give results close to the experimental ones. There are 9 polymorphs of ice showing hydrogen bond disorder. We studied this phenomenon with emphasis on the ice III - IX disordered- ordered pair. The distribution of H-bond connected molecule pairs is an important factor determining phase stability because the energy differences resulted by different distributions can be 1-0.01kJ/mol. We developed a novel interaction model for the water molecule. In addition to being polarizable, the size of the molecule increases with its dipole moment. The estimated properties agreed well with experimental results. This way we achieved the ultimate goal of this project. We developed a new, exact algorithm for isobar molecular dynamics simulation by stochastic pressure constraint. In addition to the results above, several works were carried out related to the inverse problem of liquids using the support of this project. These studies were carried out by G. Tóth and L. Pusztai.