Введение к работе
Актуальность. Вычислительный эксперимент представляет собой новое мощное средство исследования различных физико-химических явлений, в частности, процессов, протекающих на границах раздела фаз. Среди многочисленных достоинств этого метода исследования можно отметить тот факт, что результаты, получаемые в вычислительных экспериментах, могут служить надежной, а иногда и единственной, основой для проверки различных теоретических моделей и приближений, применяемых для описания многих сложных процессов.
Точность и адекватность получаемых в ходе численного эксперимента результатов во многом зависит от применяемой численной модели. Бурное развитие вычислительной техники и методов численного эксперимента позволили создать численные модели таких сложных систем как, например, адсорбционные или гетерогенно-каталитические. Интерпретация результатов численных экспериментов с использованием решеточных моделей гетероген-но-каталитических процессов потребовала углубленного изучения отдельных стадий рассматриваемых процессов. Для проведения данных исследований потребовалось модифицирование методики моделирования рассматриваемых процессов, которая стала статистически более обоснованной, достаточно простой в реализации и позволила описывать широкий спектр процессов: от физической адсорбции до химической реакции на поверхности решетки.
Ввиду того, что гетерогенно-каталитичеглсие процессы имеют важное практическое значение, отсутствие единой теории этих процессов делает актуальным широкое применение численного моделирования в данной области. На фоне широкого спектра применяемых в настоящее время узкоспециализированных численных моделей актуальным является вопрос разработки не менее информативных моделей более универсального характера, применение которых позволило бы унифицировать получение фактического материала для дальнейшего развития теории процессов на поверхности раздела фаз.
Цель работы. Разработка статистически обоснованной решеточной модели гетерогенно-каталитических процессов и применение ее для получения сведений о структуре монослоя однокомпонентного адсорбата, играющих важную роль при изучении более сложных поверхностных процессов.
Научная новизна. В работе впервые решены следующие задачи:
разработан алгоритм численного моделирования процессов на поверхности раздела фаз в адсорбционном монослое, имеющий универсальный характер и основанный на обработке вероятностей событий, происходящих с частицами на поверхности за время, равное периоду колебания частицы у поверхности;
на базе численного алгоритма предложено уравнение изотермы монослойной адсорбции на решеточной поверхности с учетом ближних корреляций частиц в монослое;
подробно исследована структура ленгмюровского адсорбционного монослоя, результаты сопоставлены с теоретическим распределением частиц по числу ближайших соседей в монослое;
описано изменение структуры монослоя адсорбата при варьировании в широких пределах теплоты взаимодействия ближайших соседних частиц в монослое и определена область применимости квазихимического приближения при описании структурных характеристик данных систем.
Практическое значение. Наряду с новым алгоритмом вычислительного эксперимента в диссертации предложены две методики учета систематических ошибок эксперимента и ряд практических рекомендаций для проведения численного моделирования с целью получения результатов повышенной точности. В ходе исследования структуры адсорбционного монослоя получены данные, необходимые для описания равновесных состояний системы и используемые в предложенном уравнении изотермы адсорбции, а также рассмотрены перспективы применения предложенной численной модели для исследования неравновесных и метастабильных состояний системы.
Защищаемыми положениями являются:
алгоритм численного моделирования процессов, происходящих в адсорбционном монослое на поверхности решетки;
уравнения, вытекающие из общих положений численной модели, в частности, уравнение изотермы монослойной адсорбции на решеточной поверхности при наличии ближних корреляций частиц в монослое;
методики учета возможных систематических ошибок вычислительного эксперимента;
результаты численного моделирования адсорбционного монослоя, обнаружившие соответствие экспериментально полученных данных теоретическим распределениям для ленгмюров-ского монослоя;
характер зависимостей структурных параметров монослоя ад-сорбата от величины теплоты боковых взаимодействий в монослое адсорбата, позволивших, в частности, установить пределы применимости квазихимического приближения для описания структурных характеристик рассматриваемых систем.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на XIII конференции молодых ученых Университета дружбы народов (Москва, 1990), VII Всесоюзном симпозиуме по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул (Новосибирск, 1990), XXVII, XXIX, XXXI научных конференциях факультета физико-математических и естественных наук РУДН (Москва, 1991,1993,1995).
Публикации. По теме диссертации имеется 8 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация включает в себя введение, три главы, выводы, список литературы и два приложения. Работа изложена на 127 страницах, содержит 35 рисунков и 9 таблиц. Список литературы включает 145 наименований.
