甲醇水混合溶液径向结构性质探究

1、甲醇水混合溶液径向结构性质探究摘 要本文研究三种不同水模型对甲醇水混合溶液径 向结构性质的影响，并与实验值作了比较，模拟所得结果均 与实验值符合得较好，tip4p-甲醇、tip5p-甲醇的径向分布 函数 更与实验值接近,tip4p水模型是研究甲醇水混合溶液 的理想模型。关键词 水模型；甲醇；径向分布函数中图分类号：0645文献标识码：a文章编号： 16717597 (2013) 041-182-01由于甲醇水混合溶液拥有一种复杂体系具有的非理想 的动力学特性而被广泛用于研究亲水团和疏水团的水合作 用。近年来，研究者从实验方面和理论方面都对甲醇水混合 溶液的结构性质做了大量研究。然而对采用不同水

2、模型对甲 醇水混合溶液的径向结构性质的影响的研究较少，本文采用 不同水模型研究甲醇水混合流体的径向结构性质。1理论方法势能模型及方法：描述溶液相互作用的势能模型比较多。通过对甲醇水混 合溶液的研究表明采用0pls势能模型(液体模拟的优化模 型)研究甲醇、水径向结构性质所得结果较为理想。因此本 文在模拟工作中采用0pls势能模型。模拟中涉及的水模型 有tip3p （三个粒子作用），tip4p （四个粒子作用）及tip5p （五个粒子作用）。任意两个分子间的相互作用遵循以下关 系：模拟设置甲醇质量分数分别为0, 20%, 50%, 80%, 100%, 密度分别为 0. 99634, 0. 963

3、52, 0. 90976, 0. 83974, 0. 78356 （g cm-3）o2结果与讨论在以下的表述中我们使用c表示甲基群ch3。径向分布函数是表征流体微观结构的物理量，它是对某 原子周围其他原子球形局部分布的描述。如图给出了不同浓 度下甲醇水溶液中和的径向分布函数以及实验值，采用三个 水分子作用的模型计算甲醇水溶液中（甲醇摩尔分数 x=0. 0-0. 692）的径向分布函数所得结果与实验值（甲醇摩 尔质量=0.0-0.64）更符合，尤其是在最大值和最小值是符 合得非常好。由于在径向分布函数峰值附近形成氢键的机会 较多，呈现出短程有序。甲醇摩尔质量分数x=0. 0-0. 692时 计算

4、所得tip3p-甲醇的径向分布函数峰值变化较实验值。（甲醇摩尔质量分数x=0. 0-0. 692 ）更宽，tip4p-甲醇、 tip5p-甲醇的径向分布函数更接近实验值，很有可能是因为 具有三个粒子相互作用的tip3p水模型与tip4p、tip5p相 比0和0, 0和h之间的静电相互作用力较弱。tip3p-甲醇, tip4p-甲醇的径向分布函数的峰值变化比实验值较宽， tip5p-甲醇的径向分布函数的峰值变化与实验值较接近。为 了进一步研究混合溶液的径向结构性质，计算了在相同浓度 下甲醇水混合溶液中cmcm、hwhm、owow的径向结构并与实 验值做了比较，cmcm径向分布函数与实验值相比峰形

5、比较接 近，但整体向右移动，hwhm径向分布函数中，tip4p、tip5p 水模型的情况与tip3p相比更接近实验值，特别是tip4p水 模型尤为显著。模拟所得的owow径向分布函数峰形与实验 值较为相似，数值上整体稍有偏高。3结论基于以上的计算分析，采用不同水模型的甲醇水混合溶 液的径向结构函数与实验值的比较，我们得出以下结论：就 我们关注的研究结果，tip4p-甲醇、tip5p-甲醇的径向分布 函数更接近实验值，tip5p-甲醇的径向分布函数的峰值变化 与实验值较接近。总的来说研究甲醇水混合溶液的结构性质 采用tip4p水模型在理论和模拟工作中都取得了较好的结 果，采用tip4p水模型较理

6、想。参考文献1 wensink , e. j. w. ； hoffmann ,a. c. j. chem. phys. 2003, 119, 14, 7308.2 yang z. g. ； lee w. ； sandeepp. j. computchem. 2008, 29, 1142.3 joseph, a. ； morrone, k. e. ； haslinger, m. e.；tuckerman j. phys. chem. b 2006,110,3712.4 l. dougan, s. p. b. ； hargreaves, r. ； fox,j. p. j. chem. phys. 2004,121,6456.5 weerasinghe, s. ； paul, e. s. j. phys. chem. b2005,109, 15080._6 susan, k. ； allison, j. p. ； fox, r h. ； sim on p. b. physical review b 2005,71,024201.7 munir, s. ； skaf, b. m. ； ladanyi j. phys. chem. 1996, 100, 18258.8 matsumoto , m. ； takaok