Исследование свойств водного раствора NaNO2 методом классической молекулярной динамики Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Исследование свойств водного раствора NaNO2 методом классической молекулярной динамики

Е. Тарарушкин1' 2

1-Международная лаборатория суперкомпьютерного атомистического моделирования и многомасштабного анализа НИУ ВШЭ, Россия, г. Москва, ул. Таллинская, д. 34 2- Российский университет транспорта, Россия, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр.9

evgeny /агагшккт @yandex. ги

Водный раствор нитрита натрия, КаК02, имеет широкое применение в различных областях промышленности. В частности, его применяют в сфере производства бетонных и железобетонных конструкций в качестве противоморозной добавки, а также ингибитора коррозии стальной арматуры в железобетонных конструкциях [1]. Для прогнозирования во времени свойств бетонных и железобетонных конструкций, имеющих в своем составе добавку NN02, необходимо понимать свойства водного раствора NN02 и механизмы его взаимодействия с цементными минералами на фундаментальном атомистическом уровне. Метод классической молекулярной динамики как раз позволяет получать информацию о свойствах водных растворов и растворенных в них ионах на этом уровне.

Перед проведением молекулярно-динамического моделирования водного раствора NN02 была проведена новая параметризация электрических зарядов и параметров потенциала Леннард-Джонса у атомов иона N02-. Параметризация проводилась на основании результатов расчетов структурных свойств растворенных ионов N02- в воде, полученных методом теории функционала электронной плотности [2]. Также, ориентируясь на данные колебательной спектроскопии, были определены величины упругих констант связей N-0 и равновесных значений угла 0-К-0 для описания внутримолекулярных взаимодействий в ионе N02-. Параметры гидратированного иона принимались такими же, как параметры в модели силового поля ClayFF [3]. Данный выбор обусловлен тем, что в дальнейшем будет проводиться моделирование взаимодействие водного раствора NN02 с различными цементными минералами. Для моделирования воды использовалась модель SPC/E [4].

В результате моделирования были получены структурные и динамические свойства водного раствора NN02, а также колебательные спектры как раствора в целом, так и в отдельности молекул воды и гидратированных ионов. Кроме того исследовалась структура и динамика гидратной оболочки ионов N02": число водородных связей, приходящихся на донор/акцептор, а также время жизни водородных связей. Мобильность ионов и молекул воды в растворе также была оценена через коэффициенты самодиффузии.

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в 20192021 годах. Исследование выполнено с использованием суперкомпьютерного комплекса НИУ ВШЭ [5]. Автор выражает благодарность своему научному руководителю А.Г. Калини-чеву за ценные советы при выполнении данной работы.

[1] J. Tritthart and P. Banfill, Nitrite binding in cement, Cement and Concrete Research, 31, p. 1093-1100, (2001).

[2] S. Yadav and A. Chandra, Solvation shell of the nitrite ion in water: an ab initio molecular dynamics study, The Journal of Physical Chemistry B, 124(33), p. 7194-7204, (2020).

[3] R. Cygan, J. Greathouse, and A. Kalinichev, Advances in ClayFF molecular simulation of layered and nanoporous materials and their aqueous interfaces, The Journal of Physical Chemistry C, 125(32), p. 17573-17589, (2021).

[4] H. Berendsen, J. Grigera and T. Straatsma, The missing term in effective pair potentials, The Journal of Physical Chemistry, 91(24), p. 6269-6271, (1987).

[5] P. Kostenetskiy, R. Chulkevich and V. Kozyrev, HPC Resources of the Higher School of Economics, Journal of Physics: Conference Series, 1740, 012050, (2021).