МОЛЕКУЛЯРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ВОДЫ В УЗКИХ ЩЕЛЕВЫХ ПОРАХ Текст научной статьи по специальности «Физика»

МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ И ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

МОЛЕКУЛЯРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ВОДЫ

В УЗКИХ ЩЕЛЕВЫХ ПОРАХ

Фомин Ю.Д., Циок Е.Н., Рыжов В.Н.

Институт физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН г. Москва, г. Троицк, Калужское шоссе 14 fomin314@mail.ru

Известно, что фазовые диаграммы систем частиц в конфайнменте могут сильно отличаться от фазовых диаграмм тех же систем в объёмных условиях [1]. Так, например, температура плавления в щелевой поре является немонотонной функцией ширины этой поры [2]. В условиях конфайнмента система распадается на слои (модуляция плотности), и кристаллическую структуру таких систем часто описывают в терминах «число слоёв - структура слоя». В нашей недавней работе [3] было показано, что более простым описанием является представление кристаллической структуры в щелевой поре, как среза ГЦК или ГПУ трёхмерного кристалла.

Большой интерес представляет изучение воды в условиях конфайнмента. В работе [4] было проведено молекулярное моделирование структуры воды в узких щелевых порах. Было показано, что формируется несколько кристаллических фаз: фаза с треугольными слоями, с квадратными и с шестиугольными. Следуя нашей предыдущей работе [3], мы проанализировали структуру воды в узкой щелевой поре с позиции описания кристаллических структур в конфайнменте, как срезов трёхмерных кристаллов. Мы показали, что структуры с треугольными, квадратными и шестиугольными слоями являются срезами ГЦК и ГПУ кристаллов. Важно отметить, что в объёмной воде не формируются ГЦК и ГПУ структуры, поэтому появления подобных кристаллических фаз обусловлено сильным влиянием конфайнмента [5].

Работа поддержана грантом РНФ №19-12-00092, https://rscf.ru/project/19-12-00092/.

[1] G. A. Mansoori, S. A. Rice. Advanced in Chemical Physics. Confined Fluids: Structure, Properties and Phase Behavior. New York, 2015.

[2] A.Vishnyakov, A. V Neimark. Specifics of freezing of Lennard-Jones fluid confined to molecularly thin layers. J. Chem. Phys.118, 7585 (2003)

[3] Yu.D. Fomin. Between two and three dimensions: Crystal structures in a slit pore. J. Colloid and Interface Science. 580, 135-145 (2020)

[4] D. Takaiwa, I. Hatano, K. Koga, H. Tanaka. Phase diagram of water in carbon nanotubes. PNAS.105, 39-43 (2008)

[5] Ю.Д. Фомин, Е.Н. Циок, С.А. Бобков, В.Н. Рыжов, Молекулярное моделирование структуры воды в узких щелевых порах Коллоидный журнал 85, 526 (2023)