Protonnyy perenos v vode

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Методом молекулярной динамики исследован эффект протонного переноса в воде в жидком состоянии. Использован потенциал ReaxFF, поддерживающий динамическое образование связей и позволяющий моделировать перенос протона. Вдоль кривой насыщения воды от тройной до критической точки и в широкой области давлений от 1 до 300 МПа изучены коэффициенты самодиффузии воды и коэффициенты диффузии ионов H3O+ и ОН− в воде. Получена линейная зависимость коэффициентов диффузии от температуры в аррениусовских координатах, изучены энергии перемещения молекул и ионов.

About the authors

V. D Negodin

Московский физико-технический институт (НИУ)

Email: negodin.vd@phystech.edu
Долгопрудный, Россия

A. V Lankin

Московский физико-технический институт (НИУ); Объединенный институт высоких температур РАН

Долгопрудный, Россия; Москва, Россия

G. E Norman

Московский физико-технический институт (НИУ); Объединенный институт высоких температур РАН; Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"

Долгопрудный, Россия; Москва, Россия; Москва, Россия

References

  1. Д. Френкель, Б. Смит, Принципы компьютерного моделирования молекулярных систем, Научный Мир, М. (2013), 562 с.
  2. Г. Э. Норман, В. В. Стегайлов, Математическое моделирование 24(6), 3 (2012).
  3. J. W. T. Spinks and R. J. Woods, An Introduction to Radiation Chemistry, Wiley, NY (1990), 574 p.
  4. J. M. Joseph, B. S. Choi, P. Yakabuskie, and J. C. Wren, Radiat. Phys. Chem. 77, 1009 (2008).
  5. P. Yakabuskie, J. M. Joseph, and J. C. Wren, Radiat. Phys. Chem. 79, 777 (2010).
  6. V. N. Babichev, K. E. Galeeva, A. N. Kirichenko, A. Nekrasov, A. V. Ugodchikova, N. I. Trushkin, V. Filippov, Yu. V. Cherepanova, and V. E. Cherkovets, Low-Temp. Plasma, 49, 563 (2023).
  7. K. Daub, X. Zhang, J. J. Noël, and J. C. Wren, Corros. Sc. 53 (1), 11 (2011).
  8. R. S. Glass, G. E. Overturf, R. A. van Konynenburg, and R. D. McCright, Corrosion Science 26(8), 577 (1986).
  9. F. King and M. Behazin, Corrosion and Materials Degradation 2(4), 678 (2021).
  10. M. Bagherzadeh, M. Karimi, M. H. C. Dastjerdi, M. A. Asadabad, J. Mokhtari, and A. Babanejhad, Sci. Rep. 13, 17007 (2023).
  11. I. Ali, G. Imanova, T. Agayev, A. Aliyev, T. A. Kurniawan, and M. A. Habila, Rad. Phys. Chem. 223, 111902 (2024).
  12. D. R. Bates, J. Phys. B: At. Mol. Phys. 14, L115 (1981).
  13. A. V. Lankin and M. A. Orekhov, J. Phys.: Conf. Ser. 946, 012123 (2018).
  14. М. А. Орехов, Журнал физической химии 95(10), 1538 (2021).
  15. M. A. Orekhov, J. Mol. Liq. 322, 114554 (2021).
  16. M. A. Orekhov, Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 32398 (2017).
  17. A. V. Lankin, G. E. Norman, and M. A. Orekhov, J. Phys. Conf. Ser. 653, 012155 (2015).
  18. S. H. Lee and J. C. Rasaiah, J. Phys. Chem. 100 (4), 1420 (1996).
  19. S. H. Lee, Molecular Simulation 39(11), 89 (2013).
  20. J. Huo, J. Chen, P. Liu, B. Hong, J. Zhang, H. Dong, and S. Li, J. Chem. Theory Comput. 19(13), 4243 (2023).
  21. S. A. Fisher and D. Gunlycke, J. Phys. Chem. 123(26), 5536 (2019).
  22. I. Popov, Z. Zhu, A. R. Young-Gonzales, R. L. Sacci, E. Mamontov, C. Gainaru, S. J. Paddison, and A. P. Sokolov, Comm. Chem. 6, 77 (2023)
  23. W. Zhang and A. C. T. van Duin, J. Phys. Chem. B. 121, 6021 (2017).
  24. W. Zhang, X. Chen, and A. C. T. van Duin, J. Phys. Chem. Lett. 9(18), 5445 (2018).
  25. T. S. Light, S. Licht, A. Bevilacqua, and K. R. Morash, Electrochem. Solid State Lett. 8, E16 (2005).
  26. A. C. T. van Duin, S. Dasgupta, F. Lorant, and W. Goddard III, J. Phys. Chem. A 105, 9396 (2001).
  27. H. Manzano, W. Zhang, and M. Raju, J. Chem. Phys., 148, 234503 (2018).
  28. A. D. MacKerell, D. Bashford, M. Bellott et al. (Collaboration), J. Phys. Chem. B., 102(18), 3586 (1998).
  29. W. L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J. D. Madura, R. W. Impey, and M. L. Klein, J. Chem. Phys. 79, 926 (1983).
  30. D. J. Price and C. L. Brooks III, J. Chem. Phys. 121, 10096 (2004).
  31. J. L. F. Abascal, E. Sanz, R. García Fernández, and C. Vega, J. Chem. Phys. 122, 234511 (2005).
  32. J. L. F. Abascal and C. Vega, J. Chem. Phys. 123, 234505 (2005).
  33. R. Iftimie, P. Minary, and M. E. Tuckerman, Proc. Nat. Acad. Sc. 102(19), 6654 (2005).
  34. A. C. T. van Duin, C. Zou, K. Joshi, V. S. Bryantsev, and W. A. Goddard, Computational Catalysis 14, 223 (2013).
  35. W. Zhang and A. C. T. van Duin, J. Phys. Chem. B. 122, 4083 (2018).
  36. J. L. Achtyl, R. R. Unocic, L. Xu, Y. Cai, M. Raju, W. Zhang, R. L. Sacci, I. V. Vlassiouk, P. F. Fulvio, P. Ganesh, D. J. Wesolowski, S. Dai, A. C. T. van Duin, M. Neurock, and F. M. Geiger, Nat. Comm. 6, 6539 (2015).
  37. O. R. Gittus and F. Bresme, J. Chem. Phys. 155, 114501 (2021).
  38. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теоретическая физика, том V, Статистическая физика. Том 1, 5-е изд., Физматлит, М. (2003), 616 c.
  39. Д. В. Сивухин, Общий курс физики. Том 2. Термодинамика и молекулярная физика, 6-е изд., стереот., Физматлит, М. (2021), 544 с.
  40. I.-C. Yeh and G. Hummer, J. Phys. Chem. B 108(40), 15873 (2004).
  41. M. F. Chaplin, Structure and Properties of Water in its Various States. Encyclopedia of Water: Science, Technology, and Society. Part I., Wiley, NY (2019).
  42. M. Matsumoto, T. Yagasaki, and H. Tanaka, J. Chem. Phys. 39(1), 61 (2017).
  43. А. В. Ланкин, Г. Э. Норман, М. А. Орехов, Журнал физической химии 90(5), 710 (2016).
  44. A. V. Lankin and M. A. Orekhov, J. Phys. Conf. Ser. 774, 012035 (2016).
  45. A. K. Rappe and W. A. Goddard III, J. Phys. Chem. A 95(8), 3358 (1991).
  46. A. Nakano, Comput. Phys. Commun. 104(1–3), 56 (1997).
  47. S. Plimpton, J. Comp. Phys. 117 (1), 1 (1995).
  48. V. Stegailov, E. Dlinnova, T. Ismagilov, M. Khalilov, N. Kondratyuk, D. Makagon, A. Semenov, A. Simonov, G. Smirnov, and A. Timofeev, Int. J. High Perform. Comput. Appl. 33(3), 507 (2019).
  49. E. Dlinnova, S. Biryukov, and V. Stegailov, Advances in Parallel Computing 36, 574 (2020).
  50. A. Shamsutdinov, M. Khalilov, and T. Ismagilov, Proc. Int. Conf. Mat. Mod. Supercomp. Tech. 36, 401 (2020).
  51. M. Holz, S. R. Heil, and A. Sacco, Phys. Chem. Chem. Phys. 2, 4740 (2000).
  52. P. Atkins and J. de Paula. Physical Chemistry, Oxford University Press, Oxford (2002), 1149 с.
  53. А. А. Александров, К. А. Орлов, В. Ф. Очков, URL: http://twt.mpei.ac.ru/rbtpp/index.html.
  54. А. А. Александров, К. А. Орлов, В. Ф. Очков, Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики, МЭИ, М. (2009), 224 с.
  55. J. H. Simpson and H. Y. Carr, Phys. Rev. 111 (5), 1201 (1958).
  56. K. Yoshida, N. Matubayasi, and M. Nakahara, J. Chem. Phys., 129, 214501 (2008).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences