|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Особенности процесса перемещения протонов в кластерах водыдипломная работа (Специалист)
- Научный руководитель: Новаковская Ю.В.
- Автор: Бедняков А.С.
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2010
- Аннотация: Подвижность протонов в воде аномально высока, причем возрастает при увеличении давления. Обычно при выяснении механизма аномальной подвижности протонов в воде вы-полняют моделирование ансамблей молекул, включающих избыточный протон. Однако не менее интересна ситуация, когда в локальном фрагменте образца отсутствуют дополнитель-ные протоны. В таких системах возможны согласованные перемещения относительно боль-шого числа протонов, приводящие к зеркальному обращению водородных связей. Данная ра-бота нацелена на выяснение того, каким может быть предпочтительный механизм перемеще-ния протонов в нейтральных фрагментах сетки водородных связей воды; какие внешние усло-вия в наибольшей степени ему способствуют; и могут ли в результате таких перемещений формироваться структуры, включающие ион H3O+. В качестве базовых моделей были выбраны кластеры (H2O)n с n=4, 5, 6, 8 и 12, представ-ляющие собой либо индивидуальные, либо сопряженные четырех- и пятичленные кольца. Та-кой набор позволил выявить закономерности, определяемые расширением колец и наличием ближайшего сольватного окружения. Анализ рассчитанных форм колебаний кластеров пока-зал, что в наибольшей степени соответствуют изучаемому процессу происходящие в одной фазе колебания всех мостиковых протонов в пределах одного кольцевого фрагмента структу-ры, которые в пределе приводят к зеркальному обращению структуры. Возбуждение других колебаний мостиковых протонов может порождать конфигурации, в которых присутствуют фрагменты H3O и OH. Способствует процессам сжатие/расширение молекулярных колец с частотами в диапазоне 180–205 см-1. Проанализированы три модельных пути перемещения протонов: (1) перемещения всех мостиковых протонов в пределах структурного кольца при фиксированном расположении центров масс молекул, что отвечает процессу во фрагменте низкотемпературного льда; (2) асинхронное перемещение мостиковых протонов в системе, где относительные положения центров масс молекул могут изменяться, что может быть инициировано направленным (ло-кальным) импульсом извне; (3) аналогичные первому варианту синхронные перемещения мостиковых протонов при наличии дополнительных степеней свободы кислородного каркаса структуры. Обнаружено, что в льдоподобных системах потенциальный барьер процесса почти втрое выше, чем в случае деформируемого кислородного каркаса. При этом барьеры процес-сов, инициированных направленным импульсом извне и возбуждением синхронных движений протонов, близки, но только в последнем варианте туннельное превращение становится веро-ятным уже при двукратном возбуждении колебаний мостиковых протонов, что может быть обеспечено облучением инфракрасным лазером с длиной волны около 3 мкм. При наличии сопряженных структурных колец, в пределах которых возможны согласо-ванные перемещения протонов, и при определенной степени деформируемости кислородного каркаса возникают условия резонансного перемещения протонов в сопряженных кольцах, приводящего к формированию ионов H3O+ и OH-, непосредственная мгновенная взаимная нейтрализация которых невозможна из-за особенностей их взаимной ориентации.
- Добавил в систему: Новаковская Юлия Вадимовна