خواص توده و سطح مایعات قطبی و مایعات یونی با شبیه سازی دینامیک مولکولی کلاسیکی و کوانتومی

روش شبیه سازی دینامیک مولکولی به عنوان ابزاری دقیق جهت مطالعه خواص توده و سطحی مایعات قطبی و مایعات یونی به کار برده شد. جهت استفاده از این روش نیاز به پارامتر های میدان نیرو با دقت بالا داریم. با استفاده از محاسبات کوانتوم شیمی پارامترهای میدان نیرو برای این ترکیبات بهینه گردید. با استفاده از میدان نیروهای بهینه شده شبیه سازی بر روی این ترکیبات در هنگرد های آماری با اندازه بزرگ انجام پذیرفت و خواص ترمودینامیکی و دینامیکی محاسبه گردید. در مورد پیریدین و مشتقات آن دانسیته و کشش سطحی به دست آمده هم خوانی خوبی را با نتایج تجربی نشان می دهد. پروفایل دانسیته اتمی ترکیب با قطبیت کم پیریدین در وسط ناحیه بین سطحی یکدیگر را قطع می کنند اما با افزایش قطبیت در مشتقات متیل پیریدین و اتیل پیریدین، پروفایل دانسیته اتمهای هیدروفوب و هیدروفیل از هم متمایز می شوند. با استفاده از پروفایل دانسیته اتمها در سطح جهت گیری متوسط مولکولها در این ناحیه به طور نسبی به دست آمد که بیانگر قرار گرفتن اتمهای هیدروفوب در سطح می باشد. برای مطالعه کمی جهت گیری مولکولها با کمک روش دو متغیره و با به دست آوردن زوایای هر مولکول در طول زمان شبیه سازی و متوسط گیری از آن به دست آمد. حلقه پیریدین در بیرونی ترین لایه سطح به صورت عمود و در ناحیه زیر سطحی به صورت موازی سطح قرار می گیرد. این نتایج رودند داده های کشش سطحی را تایید می کند. در مورد آلکیل متیل ایمیدازول ید با زنجیره های بوتیل، هگزیل و اکتیل شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از بارهای اتمی کامل و کاهش یافته صورت پذیرفت. استفاده از بارهای اتمی کاهش یافته می توانند به عنوان جایگزینی برای میدان نیروهایی که اثرات قطبش پذیری را لحاظ می کنند به کار روند و موجب به دست آمدن خواص دینامیکی با دقت بالا گردند. ضریب نفوذ و ویسکوزیته حاصل از این محاسبات هم خوانی خوبی با نتایج تجربی دارند. توابع توزیع شعاعی و فضایی برای به یافتن موقعیت آنیون نسبت به کاتیون محاسبه گردید و جهت گیری مولکولها در سطح و توده مقایسه شد. وابستگی دمایی کشش سطحی برای این مایعات یونی محاسبه شد و از روی آن دمای بحرانی این مایعات یونی توسط قانون مقیاسبندی و رویکردهای گوگینهایم و اووتوس توسط دادههای کشش سطحی در محدوده ی دمایی 293 تا 700 کلوین پیشبینی شد. قطبشپذیری القا شده توسط مولکول های آب بر روی مایعات یونی و اثر آن بر خواص این ترکیبات در مقیاسهای گازی، مایع خالص و مخلوط آبی مقایسه گردید. نتایچ حاصل از مطالعات دینامیک مولکولی کوانتمی به کمک روش cpmd صورت گرفت. مایعات یونی [c4mim]pf6 و[c4mim]bf4 که دارای کاتیون یکسان و آنیون متفاوت می باشند مقایسه گردیدند. آنیون نسبت به کاتیون تأثیر بسزایی در حلالیت این مایعات یونی دارد. مطابق با این وابستگی بر طبیعت مایع یونی، مشخصههای آبدوستی و آبگریزی را میتوان با ساختار نسبی آنیون و کاتیون و انرژی برهمکنش آنها مرتبط کرده و از سوی دیگر این خواص ساختاری را با خواص فیزیکی مانند ممان دو قطبی و ثابت دی الکتریک ارتباط داد. وابستگی ساختاری آنیون و کاتیون در مایعات یونی با مولکول آب و موقعیت مولکولهای آب نسبت به یکدیگر به کمک توابع توزیع شعاعی و فضایی و همچنین عدد کئودریناسیون بررسی شد و نتایج با مولکول ایزوله در فاز گازی مقایسه گردید. توابع توزیع شعاعی حاصل از cpmd و classical-md هم خوانی دارند.