Molekulové simulace nukleace ledu

Abstract

Název práce: Molekulové simulace nukleace ledu Autor: Eva Pluhařová Katedra: Katedra fyzikální a makromolekulární chemie PřF UK Vedoucí diplomové práce: doc. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc., ÚOCHB AV ČR, v.v.i. e-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: Pomocí simulací molekulové dynamiky jsme systematicky studovali homogenní nukleaci ledu v čisté vodě a dále vliv přítomnosti povrchově aktivních látek na tento děj. Jako modely surfaktantů byly použity kyselina pentanová a pentanol. Čistá voda začíná mrznout převážně v podpovrchové vrstvě, která se přizpůsobí zvětšení objemu během tvorby ledu lépe než molekuly v objemu kapaliny. Alkohol ovlivňuje homogenní nukleaci více než kyselina. Voda pokrytá neuspořádanou vrstvou pentanolu vykazuje zanedbatelnou preferenci pro podpovrchovou nukleaci a delší nukleační čas ve srovnání s čistou vodou, zatímco přítomnost kyseliny pentanové nesnižuje výrazně podpovrchovou preferenci pro začátek mrznutí ani nemění nukleační čas. Rozdíly mezi vlivem různých funkčních skupin jsme se pokusili vysvětlit na základě jejich schopnosti orientovat molekuly vody a měnit jejich pohyblivost. Skutečnost, že různé surfaktanty mají na homogenní nukleaci ledu různý vliv, je významná z hlediska tvorby mraků ve vyšších vrstvách atmosféry, do níž se během spalování biomasy uvolňuje...

Title: Molecular simulations of ice nucleation Author: Eva Pluhařová Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry Faculty of Science UK Advisor: doc. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc., IOCB AS CR, v.v.i. Advisor's e-mail address: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstract: By means of molecular dynamics simulations we have systematically investigated homogeneous ice nucleation in neat and surface contaminated water. As models of the adsorbates we have assumed pentanol and pentanoic acid. In neat water nucleation preferentially starts in the subsurface region, which accommodates better than the bulk the volume increase associated with freezing. Homogeneous ice nucleation is affected more by alcohol than by acid. Water slabs covered by a disordered layer of pentanol exhibit negligible preference for subsurface nucleation and longer nucleation times in comparison with neat water, while nucleation times are almost unaffected by the presence of pentanoic acid and the subsurface preference is only slightly decreased. We tried to rationalize the differences between the effects of different compounds by their ability to orient water molecules and to change their mobility. The fact that adsorbates differ in the influence on homogeneous ice nucleation has important implications for the microphysics of...