第一原理分子動力学計算による3価および4価アクチノイドイオンの水和構造解明

使用第一原理分子动力学计算阐明三价和四价锕系离子的水合结构

基本信息

批准号：
14780403
负责人：
津島悟
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Nagoya University (2003)The University of Tokyo (2002)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14780403/
关键词：
アクチノイド分子動力学計算 4価トリウム分子動力学法第一原理

项目摘要

第一原理計算により求めた4価アクチノイドイオンのポテンシャルを用いて、分子動力学計算を行った。MD計算にはAMBER6.0プログラムを用いた。[Th(H_2O)_9]^<4+>と[Th(H_2O)_<10>]^<4+>の電荷の計算にはESP法を用いた。Thと第一水和圏の水分子のHのLJパラメータは0とし、第一水和圏の水分子のOのLJパラメータはR_<o_I>^*=2.0Åandε_<o_I>=0.08kcal/molとした。MD計算の際に、溶質(ここでは[Th(H_2O)_9]^<4+>か[Th(H_2O)_<10>]^<4+>)の位置を固定しておこなった。周期境界条件を用い、0.2フェムト秒きざみで1atmの条件で1500ピコ秒のMDシミュレーションを行った。[Th(H_2O)_9]^<4+>では、Cl^-濃度が0.39Mから4.57Mにあがると、配位するCl^-の数が0.0から5.6にと増加し、また配位するOの数も15.7へと減少する。[Th(H_2O)_<10>]^<4+>では、Cl^-濃度が0.32Mから5.00Mにあがると、配位するCl^-の数が0.0から3.9にと増加し、また配位するOの数も16.7へと減少する。このことから、Cl^-濃度が高くなると、Cl^-分子が水分子と置き換わり、しかし全体の配位数はほぼ変わらないものと考えられる。第二水和圏の配位数は19〜21の値を取るものと考えられる。温度の効果についても調べた。50℃および75℃について、シミュレーションを行った。その結果、温度が上昇すると、配位数が減少する傾向が明確に見られた。さらには、温度が高い条件では、Cl-濃度が低いうちでもCl-が第二水和圏に入り込むことが明らかにされた。

使用通过第一原理计算确定的四价锕系离子的电势进行分子动力学计算。 MD计算采用AMBER6.0程序。采用ESP法计算了[Th(H_2O)_9]^<4+>和[Th(H_2O)_<10>]^<4+>的电荷。第一水化球中水分子Th和H的LJ参数为0，第一水化球中水分子O的LJ参数为R_<o_I>^*=2.0Å且ε_<o_I>=0.08kcal/mol所以。在 MD 计算过程中，溶质的位置（此处为 [Th(H_2O)_9]^<4+> 或 [Th(H_2O)_<10>]^<4+>）是固定的。使用周期性边界条件，MD 模拟在 1 个大气压下以 0.2 飞秒的步长执行 1500 皮秒。 [Th(H_2O)_9]^<4+>中，当Cl^-浓度从0.39M增加到4.57M时，配位Cl^-数量从0.0增加到5.6，配位O数量也下降至 15.7。 [Th(H_2O)_<10>]^<4+>中，当Cl^-浓度从0.32M增加到5.00M时，配位的Cl^-数量从0.0增加到3.9个；排名也下降至16.7。由此认为，当Cl^-浓度增加时，Cl^-分子取代了水分子，但总体配位数几乎保持不变。第二水化球的配位数被认为取值为19至21。还研究了温度的影响。模拟在 50°C 和 75°C 下进行。结果表明，随着温度的升高，配位数有明显下降的趋势。此外，研究表明，在高温条件下，即使Cl-浓度较低，Cl-也会进入二次水化球。