Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук icon

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук


1 чел. помогло.
Смотрите также:
Список диссертационных советов...
Название диссертационной работы)...
Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук...
Диссертация на соискание ученой степени кандидата юридических наук...
Диссертация на соискание учёной степени кандидата юридических наук...
Диссертация на соискание учёной степени кандидата юридических наук...
Диссертация на соискание ученой степени кандидата филологических наук...
Памятка соискателю ученой степени кандидата наук...
Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук...
Председателям и ученым секретарям совет по защите диссертаций на соискание ученой степени...
Председателям и ученым секретарям совет по защите диссертаций на соискание ученой степени...
О форме заключения диссертационного совета по диссертации...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. М.В. ЛОМОНОСОВА



На правах рукописи

УДК 539.19

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ




Московский Александр Александрович


МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КЛАСТЕРОВ.


02.00.04 – физическая химия


Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук.


Научный руководитель: д. х. н., профессор
Немухин А. В.


Москва 2001

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

Глава I. Литературный обзор 6

Введение 6

Поверхности потенциальной энергии, способы построения и экспериментального исследования 8

Атомные кластеры 8

Смешанные кластеры 10

Молекулярные кластеры с водородными связями: HF и H2O. 15

Заключение 23

^ Глобальная оптимизация. 24

Метод ветвей и границ. 26

Моделирование отжига, методы Монте-Карло. 29

Генетические алгоритмы 35

Методы сглаживания 38

Метод центральной точки 42

Заключение 44

Глава II. Метод двухатомных фрагментов в молекулах (ДФМ). 45

Общая формулировка метода ДФМ 45

Потенциал взаимодействия Ar-HF 47

Потенциал взаимодействия для кластеров (HF)n 50

Потенциал взаимодействия молекул воды. 63

Глава III. Оптимизация структуры атомных и молекулярных кластеров. 66

Атомные кластеры Agn, n=3-7. 66

^ Cмешанные кластеры (HF)2Arn, n=1-20. 67

Введение 67

Потенциалы взаимодействия 68

Поиск минимумов потенциальных поверхностей. 74

Геометрические конфигурации, отвечающие минимумам поверхностей потенциальной энергии 75

Энергетические свойства 80

^ Исследование комплексов SH(A2+)Rgn,(Rg=Ar,Kr) 81

Кластеры (HF)n, n=3-14 85

Потенциальная поверхность кластеров HF. 86

Метод областей захвата 87

Результаты 87

^ Малые кластеры воды, (H2O)n, n=2-6. 100

Заключение 111

Список Литературы. 112



Введение


В течение последних десятилетий, исследованию комплексов, состоящих из конечного числа атомов или молекул, уделяется все большее внимание. Эти системы, получившие в литературе название кластеров, интересуют исследователей по нескольким причинам. Кластеры занимают промежуточное положение между объемным веществом и отдельными частицами - атомами или молекулами. Поэтому свойства таких образований могут быть достаточно необычными, что обещает интересные применения кластеров в различных областях. При увеличении размеров кластеров можно приблизиться к наночастицам, уже достаточно активно используемым в новых технологиях [1]. С точки зрения фундаментального естествознания исследования кластеров позволяют расширить круг экспериментальных и теоретических приемов, традиционно применяемых, с одной стороны, для молекулярных систем, и с другой стороны, при исследованиях твердых тел или жидкостей. Непрерывно совершенствующиеся экспериментальные методики позволяют в настоящее время получать уникальную информацию, в частности, уверенно измерять спектры высокого разрешения кластерных систем [2] и даже напрямую определять температуру плавления [3].

Данная работа относится к теоретическим исследованиям молекулярных и атомных кластеров малого и среднего размера. Обязательными стадиями моделирования свойств подобных систем являются построение поверхностей потенциальной энергии (ППЭ) и поиск стационарных точек на этих ППЭ, отвечающих геометрическим конфигурациям глобального и локальных минимумов, а также переходных состояний для различных перегруппировок. Особенности кластерных систем связаны с существенно более сложным рельефом ППЭ по сравнению с малоатомными молекулами – с ростом размерности кластера резко возрастает количество стационарных точек, энергии которых достаточно близки [4,5]. Поэтому решение задачи оптимизации равновесных геометрических параметров кластеров требует развития новых подходов.


Целью данной работы является анализ, дальнейшее развитие, реализация и применение современных математических методов метода поиска наиболее глубоких минимумов на поверхностях потенциальной энергии сложного рельефа, а также практическое построение ППЭ, пригодных для моделирования свойств молекулярных кластеров, в частности, с помощью эмпирических функций, а также в рамках полуэмпирического квантово-химического приближения двухатомных фрагментов в молекулах.

В первой главе диссертации приводится литературный обзор методов, используемых для построения потенциальных поверхностей различных систем. Во втором разделе первой главы описаны подходы, применяемые для поиска равновесных геометрических конфигураций атомных и молекулярных кластеров. Вторая глава посвящена применению метода двухатомных фрагментов в молекулах для построения потенциалов взаимодействия Ar-HF, (HF)n, (H2O)n. В третьей главе приводится описание результатов исследования методами моделирования отжига и областей захвата наиболее устойчивых изомеров Agn (n=4-6), (HF)2Arn, n=1-20, SH@Rgn, Rg=Ar, Kr, n=4-55, (HF)n, n=3-14, (H2O)n, n=2-6.
^

Глава I. Литературный обзор

Введение


Одними из первых комплексов из нескольких атомов, которые подверглись интенсивному изучению, были кластеры атомов аргона и других инертных газов. Наличие простого и в то же время достаточно точного потенциала межатомного взаимодействия, передаваемого функцией Леннард-Джонса, позволило проводить расчеты термодинамических характеристик достаточно больших систем (до 1 млн. частиц) уже в 60-е годы [6]. На примере этих частиц были апробированы различные методики численного моделирования разнообразных свойств - начиная от термодинамических величин, таких как температура плавления и теплоёмкость [7,8], кинетических – коэффициентов самодиффузии [9], заканчивая молекулярными параметрами – энергиями нулевых колебаний [10] и положениями колебательно-вращательных уровней [11,12].

Эксперименты по изоляции частиц в матрицах инертных газов [13,14] усилили интерес к расчетам свойств смешанных кластеров, включающих помимо большого числа атомов инертного газа, в итоге формирующих матрицу, также и отдельные молекулы, атомы и ионы других веществ. Эти же гетерокластерные системы возможно изучать экспериментально и в газовой фазе [15,16]. Моделирование свойств гетерокластеров закладывает основы теории микрорастворимости.

Кластеры воды всегда привлекали к себе повышенное внимание, поскольку вода играет важнейшую роль в живой и неживой природе и как основной относительно инертный растворитель и как вещество, способное к активным химическим превращениям. Понимание строения кластеров воды имеет важнейшее значение для исследования водородной связи [17]. В связи с этим направлением также получило развитие экспериментальное и теоретическое изучение других кластеров с водородными связями, в частности, кластеров галогенводородов.

При моделировании свойств атомных и молекулярных кластеров почти всегда используется приближение Борна-Оппенгеймера, при этом энергия взаимодействия частиц рассматривается как функция взаимного расположения ядер атомов. Прямой способ построения адиабатических поверхностей потенциальной энергии (ППЭ), связанный с квантовомеханическими расчетами, все более активно внедряется в практику исследований кластеров, но традиционно используются и эмпирические, и полуэмпирические потенциалы взаимодействия частиц.

В настоящей главе будет проведен обзор методов используемых как для построения ППЭ атомных и молекулярных кластеров, так и для интерпретации экспериментальной информации о структуре и свойствах этих систем. Предлагаемый обзор не претендует на полноту и призван лишь проиллюстрировать применяемые в исследовательской практике подходы. В первой части описываются исследования атомных кластеров, в частности, кластеров инертных газов и серебра. Во второй части речь идёт о гетерокластерах и, наконец, в третьей части будут приведены примеры работ, посвященных простейшим молекулярным кластерам с водородными связями.






оставить комментарий
страница1/10
Дата04.03.2012
Размер1.05 Mb.
ТипДиссертация, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх