مدلسازی تصادفی واکنش گاز – جامد

سالیان اخیر با پیشرفت های حاصل شده در علوم مهندسی و شیمیایی نوع نگرش به اتفاقات پیرامون بسیار دقیق و موشکافانه گردیده است، که برای پیش بینی مکانیسم حاکم بر پدیده های حیاتی این نوع دید بسیار اهمیت دارد. مسائل اقتصادی، مقولات زمان، فضا و نیرو استفاده از ساختن مدل را بجای آزمایش واقعی امری بدون جانشین ساخته است. در حوزه شیمی و واکنش های آن مدل قطعی به دلیل حضور متراکم مولکول ها در کنار هم ، امکان انجام واکنش ها رابگونه ای پیش بینی شده و توده ای فرض می کند، ازاین فرض، روابط ساده ای استخراج می شوند که بر اساس غلظت واکنش دهنده ها و فراورده ها می توان روابط دیگری را برای پیش گویی سرعت و زمان انجام واکنش استخراج نمود. در بسیاری موارد این فرضیات صحیح عمل کرده و نتایج بسیار مناسبی را فراهم می کند. اما همه اتفاقات شیمیایی با این مدل قابل توجیه نیست، هرگاه غلظت مولکول ها در فضای سیستم کم باشد، بنحوی که مولکول ها بتوانند به هر سمتی حرکت کنند، آزادانه بدون قابلیت پیش بینی با هم در هر جا و هر مکانی برخورد کرده و امکان واکنش را پیدا می کنند. در این حالت فرضیات مدل قطعی دیگر پاسخگو نبوده و با توجه به دور نمای مدل تصادفی ناچار به سراغ امتحان این مدل باید برویم. واکنش هایی که گاز در آن دخالت می یابد و همین طور واکنش های زیست محیطی به دلیل رقت مواد درگیر بیشترین واکنشها ی در کانون توجه را ایجاد می کنند. در این رساله با نگاه به سمت واکنش های گاز – جامد، با تصور مکانیسم مدل تصادفی بسراغ بررسی صحت و سقم این مدل روی واکنشی رفتیم. درگام نخست برنامه ای برای واکنش شیمیایی در حالت کلی که تعداد زیادی واکنش دهنده و فراورده دارد نوشته شد. برای الگوریتم برنامه از الگوریتم (( گیلسپای )) استفاده شد و همین طور برای واکنش از مدل (( مونت کارلو )) برای واکنش های با n ماده درگیر استفاده کردیم. مقادیر ثابت تعادل، زمان واکنش با توجه به هدفی که در مقایسه نتایج با مدل قطعی داشتیم اعدادی اختیاری انتخاب گردیدند. پس از عبور از این مرحله گام بعدی این بود که واکنشی واقعی را با واکنش خود در برنامه متلب جایگزین نماییم. یکی ازمقالات که شامل نتایج تجربی آزمایشگاهی در سالیان اخیر بود، به عنوان مورد تحقیق انتخاب گردید. این واکنش گاز – جامد دارای نتایج تجربی در چندین دما بود که برای اثبات درستی برنامه، مورد مفیدی بود. از طرفی تصور درجه یک بودن واکنش و عدم تأثیر برهم کنش های مولکولی و همچنین سریع بودن واکنش، با فرضیات انجام واکنش هم خوانی داشت، لذا پس از انتخاب 5 دمای مختلف و جایگزینی مقادیر ثابت تعادل و زمان اتمام واکنش در برنامه پیش فرض، در هریک از این دماها مقایسه ای بین نتایج مدل تصادفی با نتایج آزمایشگاهی به عمل آمد. نتایج حاصل شده نمایانگر کارایی فرضیات اعمال شده و برنامه نوشته شده بودند. در این حوزه می توان در آینده واکنش های عملی دیگری را توسط این برنامه با هرتعداد واکنش دهنده و محصولات را با نتایج آزمایشگاهی ، مورد قیاس انجام داد. همچنین می توان با اعمال تغییراتی مکانیسم های گوناگون موثر بر درجات واکنش دیگری را امتحان کرد. نتایج این مدل، می تواند سبب عمومی سازی مقوله مدل سازی تصادفی برای بسیاری از واکنش های با مکانیسم پیچیده محسوب گردد.