分子シミュレーションによる会合性液体の蒸発凝縮の解明

使用分子模拟阐明缔合液体的蒸发和冷凝

基本信息

批准号：
05239105
负责人：
松本充弘
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至 1995
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では分子シミュレーションにより気液界面のダイナミクスを追跡し、物質による蒸発凝縮挙動の差異を解明し、界面を通しての物質の相間輸送に現れる分子の個性を明らかにすることを目的として、アルゴン(単純液体)およびメタノール(会合性液体)を対象とした研究から以下の知見を得た。1.アルゴン(80K)およびメタノール(300K)について、液体膜の分子動力学シミュレーションを行った。得られた分子の軌跡から、液面に衝突する気相分子のうちある程度の割合で反射されるものが見いだせ、定量的解析の結果、アルゴン・メタノール共に自己凝縮率は90%程度となった。従来の解釈では、これはアルゴン・メタノール共に凝縮係数が0.9程度であることになり、多くの実験結果と矛盾する。2.他方、凝縮と蒸発が強い相関を持つようなケースが見られたため、この相関をmemory functionを用いて評価する方法を考案した。得られた凝縮係数は、最近の実験結果と非常によい一致を示した。その差は、凝縮分子が他の液体分子を追い出す分子交換によるもので、従来の凝縮のモデルではほとんど想定されていなかった現象である。3.より高温(アルゴン100K、メタノール350K)のシミュレーションも行ったが、この温度範囲では蒸発凝縮挙動の顕著な温度依存性はないことがわかった。4.会合性液体は表面でエネルギー障壁ができるため凝縮係数が小さいとする遷移状態理論を検証するため、粒子挿入法を用いて表面付近の化学ポテンシャルを計算した結果、アルゴン・メタノール共に、化学ポテンャルはバルク相・表面近傍を問わず一定であることが分かり、単分子過程としてみる限り凝縮は無障壁過程であることが明らかとなった。

在这项研究中，我们从Argon（简单液体）和甲醇（缔合液体）中获得了以下发现，目的是通过分子模拟跟踪气液界面的动力学，阐明材料蒸发和凝结行为的差异，并阐明通过材料中材料的跨层跨材料传输的分子个性。 1。对氩气（80K）和甲醇（300K）进行了液体膜的分子动力学模拟。从获得的分子基因座中，我们发现，某些与液体表面碰撞的气相分子以一定百分比的形式反射，并且定量分析表明，氩和甲醇的自调敏率约为90％。根据常规解释，氩气和甲醇的冷凝系数均约为0.9，这与许多实验结果不一致。 2。另一方面，在某些情况下，冷凝和蒸发具有很强的相关性，因此设计了一种方法来使用内存函数评估这种相关性。获得的冷凝系数与最近的实验结果非常吻合。这种差异是由分子交换引起的，其中凝结分子驱除其他液体分子，并且是一种在常规凝结模型中几乎没有设想的现象。 3。在较高的温度（氩100K，甲醇350K）下也进行了模拟，但发现在此温度范围内蒸发和缩合行为的温度依赖性没有显着。 4。为了验证过渡状态理论，该理论指出，凝结系数很小，因为缔合液体在表面上形成了能量屏障，我们使用粒子插入方法计算了表面附近的化学势，并且发现氩和甲醇都是恒定的，无论是散装相还是表面的范围，却是单一分析的过程，因此，无论是barr虫的水平而言。