分子動力学法を用いた水の固液相変化のシミュレーションに関する研究

分子动力学模拟水固液相变研究

• 批准号: 06650234
• 负责人: 大河 誠司
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06650234/
• 关键词: 水; 氷; 融解; 凝固; 水素結合; 分子動力学法; シミュレーション; 圧力一定

水は、ごく一般に見られる物質であり、人間を始めとする生物にとってなくてはならないものである。しかし、水は、密度の逆転があること、凝固に伴い体積が膨張することなど他の分子液体と比べて水素結合を原因とする特異な性質を持つ。単原子分子を扱った分子動力学法による解析は以前から多くの研究者等によって行われているが、水分子の様な多原子分子でしかも双極性を持ったものを扱った研究、特に固液間の相変化に関しては、まだ数が少ない。本研究は、水の特異な性質の一つである相変化(凝固・融解現象)のメカニズムを、分子レベルでのシミュレーションによりミクロ的に解明することを目的としている。576個の水分子を氷の配置に置き、運動エネルギーを与えることにより何度で氷の配置が崩れるかを調べた。以前、体積不変の条件下で予備的な計算を行ったが、その際得られた融点は約420Kと高い値となっていた。これは、融解に伴い圧力が負圧となり、融解の進行を妨げたためであると考えている。そこで今回は、条件を圧力一定に変えて計算を行ってみた。その結果、融点は約310Kとなること、融解潜熱は1.3kcal/molとなること、体積は約一割減少することなどが分かった。これらは、マクロ的な値とほぼ一致している。また、固相及び液相状態の各温度における自己拡散係数、熱伝導率、液相状態の粘性係数を求め、これらもマクロ的な値に近いことを確かめた。更に、液相状態の水の温度を凝固点以下まで徐々に下げていくことにより、2体位置相関関数が氷の配置構造状に近づくことが分かった。但し、今回は完全に凝固するところまでは至っていない。

Water, water, water, water. Water, water, density, volume, expansion, other molecular liquids, water binding, and other properties Molecular dynamics analysis of single atoms and molecules is related to the study of multi-atomic molecules and the study of solid-liquid phase transition. This study aims to clarify the phase transition (freezing and melting phenomenon) of specific properties of water. 576 water molecules are arranged in different positions, and the movement of water molecules is different from that of water molecules. Before, under the condition of no change in volume, the calculation was prepared, and the melting point was about 420 K. The pressure of the melt is negative. The melt is proceeding. For example, if you want to change your mind, you can change your mind. As a result, the melting point is about 310 K, the latent heat of melting is 1.3 kcal/mol, and the volume is reduced by about one cut.これらは、マクロ的な値とほぼ一致している。The dispersion coefficient, thermal conductivity and viscosity coefficient of liquid phase state are calculated according to the temperature of solid phase and liquid phase. In addition, the temperature of water in liquid phase is below freezing point, and the relationship between position and structure is close to freezing point. However, this time it is completely solidified.