Введение к работе
Актуальность работы. Методы априорного расчёта свойств молекулярных систем, такие, как интегральные уравнения (ИУ), метод Монте-Карло (МК), метод молекулярной динамики (МД), для своего осуществления требуют знания потенциалов межчастичного взаимодействия. Поэтому необходим надежный и обоснованный способ подбора потенциальной функции. Это особенно важно для таких сложных систем, как жидкая вода, для которой предложено более сотни модельных потенциалов.
Знание свойств воды и водных растворов для понимания существа их свойств и происходящих с их участием процессов, помимо чисто научного интереса, важно, как подчеркивается в многочисленных публикациях на эту тему, и в технике, и в биохимии и физиологии, и в науках, изучающих природу, например, в геологии. Накоплен колоссальный материал, исчисляемый сотнями тысяч публикаций, но не приведший к полному пониманию свойств этих систем именно из-за отсутствия знания точного вида потенциальной функции парного взаимодействия. Учитывая, с одной стороны, интерес, вызываемый объектом, а с другой - наличие обширных данных по моделированию потенциалов взаимодействия, мы избрали тематикой уточнение свойств потенциальных функций воды.
Дель работы. В зависимости от интересов исследователей, межчастичные потенциалы для расчёта свойств воды либо берутся в готовом виде га литературы, либо создаются ими самостоятельно. В последнем случае неизбежна параметризация потенциала по одному или нескольким известным из эксперимента
свойствам объекта, например, по внутренней энергии UBH., функциям радиального распределения, плотности и т. п. Как показывает даже самый беглый обзор литературы, эта процедура не имеет гарантии на успех, хотя и занимает время, сравнимое по длительности с самим исследованием. Возникает естественный вопрос, нельзя ли оценить работоспособность потенциала ещё до его параметризации, что существенно сэкономило бы затраты труда и времени на подбор адекватной потенциальной функции. Именно на осуществлении такой попытки (вероятно, лишь одной из возможных), сосредоточенной на самых простых, а потому
и наиболее широко используемых модельных потенциальных функциях, и построена данная работа.
Научная новизна. Для изучения влияния параметров потенциальной функции на результат компьютерного эксперимента нами разработан и применен в исследовании широко используемых модельных потенциалов метод пошагового взаимопревращения потенциальных функций и расчёта условных коэффициентов чувствительности. В сочетании с принципиально новой методикой изучения потенциалов межчастичного взаимодействия, основанной на рассмотрении характерных для таких функций величин (глубины минимума Umu,, его положения по
расстоянию Гцип, точки гс, в которой потенциал взаимодействия равен нулю, точ
ки rjnfl (д2и/дг2\ =0), находящейся на притягательной ветви потенциальной
lr=rinfl
кривой, а также характеристик асимметрии кривой), этот подход позволяет качественно предсказывать направление изменения величин, определяемых в компьютерном эксперименте, при переходе от одной модели к другой. Обнаружен ряд корреляционных зависимостей между свойствами, получаемыми в компьютерном эксперименте, и характеристиками потенциальной функции. На его основе составлена схема оценки адекватности моделей воды.
Практическое применение. Предлагаемая схема обладает предсказательной способностью и позволяет оценивать значения свойств воды, которые должны получиться в расчёте с исследуемой моделью, до проведения компьютерного эксперимента, и тем самым существенно упрощает процесс параметризации моделей.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на I Международной конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии (Химия-97)", Иваново, 1997 г.; XIII Семинаре по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул, Тверь, 1997 г.; VII Международной конференции "The Problems of Solvation and Complex Formation in Solutions", Иваново, 1998; II Международной конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии (Химия-99)", Иваново, 1999 г., X Симлозиу-
ме по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул, Казань, 1999 г.; Международной конференции "Жидкофазные системы и нелинейные процессы в химии и химической технологии", Иваново, 1999 г.