CC BY
1МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ И ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
КАРТЫ МОЛЕКУЛЯРНОГО СОСЕДСТВА КАК СПОСОБ АНАЛИЗА СТРОЕНИЯ МД МОДЕЛЕЙ ВОДНЫХ
РАСТВОРОВ
Кадцын Е.Д.1,2, Ведькал А.В.1,2, Ничипоренко В.А.1,2
1ИХКГ СО РАН им. В.В. Воеводского, ул. Институтская, 3, Новосибирск, Россия 2НГУ, ул. Пирогова, 2, Новосибирск, Россия e.kadtsyn@g.nsu.ru
Метод молекулярной динамики (МД) широко используется в настоящее время для изучения строения водных растворов и его связи с их наблюдаемыми свойствами. В МД модели известны координаты каждого атома в каждый момент времени, т.е. присутствует полная информация о структуре раствора. Однако для извлечения из списка координат атомов осмысленной химической информации необходимо развивать новые методы анализа МД траекторий.
Для анализа МД моделей водных растворов используется метод Вороного. Область Вороного молекулы есть область пространства, все точки которой ближе к данной молекуле, чем к любой другой молекуле системы. Области Вороного всех молекул покрывают пространство без щелей и наложений, формируя мозаику. Используя это разбиение, можно определять объемы отдельных компонентов в растворе, а также устанавливать геометрическое соседство молекул. Это позволяет разделять молекулы по количеству соседей разного типа и формировать распределение по таким количествам. Двумерные распределения молекул по количеству соседей из молекул растворенного вещества и соседей из молекул растворителя (карты молекулярного соседства), а также их изменение с ростом концентрации дают ценную информацию о строении раствора. С другой стороны, с помощью таких распределений можно рассчитывать различные макроскопические свойства раствора, такие как плотность или парциальный объем.
В данной работе исследуются карты молекулярного соседства, построенные для МД моде лей водных растворов различных соединений: триметиламин-Ы-оксида (ТМАО), тетрагидро-фурана, трет-бутанола, метанола, этанола, про ианола, изоироианола, диоксана, мочевины. Показано, как различие в строении растворов проявляется на таких картах. Так, при отсутствии выраженной ассоциации на распределении наблюдается узкое пятно (случай ТМАО), при выраженной ассоциации наблюдается значительное размытие распределения. Скорость изменения среднего значения с ростом концентрации на карте отражает неидеальность рас твора и показывает степень его ассоциации. При этом карты учитывают как «химическую» ассоциацию (специфические взаимодействия между молекулами разных типов), так и ассоциацию. вызванную геометрическими причинами (разный размер молекул, стерические ограничения щение молекул в растворе), и позволяют разделить эти факторы.
на разме-
