Zastosowanie modelu hantli w badaniach właściwości fizykochemicznych i strukturalnych układów homo- i heterogenicznych metodą Monte Carlo

Abstract

Termodynamiczne i strukturalne właściwości liniowych cząsteczek i jonów modelowanych za pomocą hantli w układach homo- i heterogenicznych zostały zbadane za pomocą symulacji Monte Carlo. Hantle składają się z dwóch przylegających do siebie sztywnych kul. Omówione zostały radialne funkcje rozkładu oraz zależności współczynnika aktywności, średniej energii potencjalnej, pojemność cieplna przy stałej objętości od stężenia. Wyniki porównano z modelami: PM i RPM+SPM. Dla układu heterogenicznego rozważane są dwa przypadki są: 1. nienaładowany model składający się z płaskiej ściany i hantli; 2. model z ładunkiem składający się z płaskiej elektrody i elektrolitu zawierającego dodatnio naładowane hantle. Struktura układów heterogenicznych opisana została za pomocą singletowych funkcji rozkładu oraz funkcji orientacji średniej. Analizowany jest wpływ średnicy oraz stężenia. W modelu z ładunkiem właściwości podwójnej warstwy elektrycznej są opisane za pomocą potencjału elektrostatycznego i elektrycznej pojemności różniczkowej dla szeregu stężeń elektrolitu i gęstości ładunku powierzchniowego. Zbadane zostały jednowartościowe, dwuwartościowe i elektrolit o asymetrycznych ładunkach oparte na modelu hantli. Również przeprowadzona została analiza fuzji kul hantli oraz modelu z niecentrycznie umieszczonym ładunku w kuli.

Thermodynamic and structural properties of linear molecules and ions modelled by a dumbbell in homo- and heterogeneous systems are investigated by means of the Monte Carlo simulations. The dumbbells are composed of two tangentially tethered hard spheres. The homogeneous system is considered as an electrolyte, wherein one of the ions is the positively charged dumbbell. The radial distribution function, the concentration dependence of the activity coefficient, average potential energy and heat capacity at constant volume is discussed. Results are compared with two models: PM and RPM+SPM. For the heterogeneous system two cases are considered: 1. uncharged model, consisting of a planar hard wall and dumbbells. 2. charged model, composed of a planar electrode and the electrolyte containing the positive charge dumbbells. The structure of heterogeneous systems is described by the singlet distribution function and the average orientation function The influence of diameter and concentration is analyzed. In the charged model, the properties of the electrical double layer are described by electrostatic potential and differential capacitance for a series of electrolyte concentrations and surface charge density. Monovalent, divalent and asymmetric valances electrolytes with the dumbbell model were tested. Also the models with a fusion of spheres and the off-centre charge were considered.