vestvfuВестник Северо-Восточного федерального университета имени М. К. АммосоваVestnik of North-Eastern Federal University2222-54042587-5620Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова10.25587/SVFU.2019.69.25525vestvfu-240Research ArticleФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL SCIENCESПотенциал для моделирования водяных кластеровPotential for Water Clusters ModelingПавловГ. С.PavlovG. S.

ПАВЛОВ Гавриил Сергеевич – м. н. с. лаборатории космических лучей высоких энергий

Якутск

PAVLOV Gavriil Sergeevich – Junior Researcher High energy cosmic ray laboratory

Yakutsk

ganya1981@mail.ruКрымскийГ. Ф.KrymskyG. F.

КРЫМСКИЙ Гермоген Филиппович – д. ф.-м. н., академик РАН, проф.

Якутск

KRYMSKY Germogen Felippovich – Academician, Ph.D. (Physics and Mathematics)

Yakutsk

krymsky@ikfia.ysn.ruИКФИА им. Ю.Г. Шафера СО РАНРоссияYu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomyof Siberian Branch of the Russian Academy of SciеncesRussian Federation201920042022015057Copyright © Павлов Г.С., Крымский Г.Ф., 20222022Павлов Г.С., Крымский Г.Ф.Pavlov G.S., Krymsky G.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestvfu.elpub.ru/jour/article/view/240

Дистиллированная вода, за исключением небольшой естественной ионизации, состоит из молекул H2O. Нет оснований полагать, что эти молекулы, за исключением небольших взаимных деформаций, отличаются от молекул H2O в паре. Это подтверждается спектрами комбинационного рассеяния и инфракрасного поглощения воды, полученными в работах Рахмана и Стиллинжера. Производится компьютерное моделирование кластера, состоящего из 55 молекул. Представление электрического потенциала как в пятицентровой, так и в четырехцентровой моделях неявно предполагает наличие в молекуле не электростатических сил. В отсутствие таких сил, по известной теореме Ирншоу, было бы невозможно иметь стабильные молекулы. Рассматривается давление перенасыщенного пара с изменением температуры, основанное на молекулярном вращении, только если предположить, что подавляющее число молекул воды имеет свободную ориентацию без влияния внешнего электрического поля. Молекулярные кластеры, которые мы будем изучать, образуются соприкасающимися между собой молекулами, способными поворачиваться вокруг своего центра под действием межмолекулярных электростатических сил. Чтобы проверить пригодность нашего потенциала для моделирования, будут подсчитаны энергия связи молекулы в воде и коэффициент залипания молекулы пара, падающей на водную поверхность. Эти два параметра находятся также из кривого насыщения как калибровочные величины. Таким образом, мы моделируем виртуальные межмолекулярные взаимодействия между молекулами воды.  

Distilled water, with the exception of a small natural ionization, consists of H2O molecules. There is no reason to believe that these molecules, with the exception of small mutual deformations, differ from the H2O molecules in a pair. This is confirmed by the Raman spectra and infrared absorption of water obtained by the works of Rahman and Stillinger. A computer simulation of a cluster of 55 molecules is performed. The representation of electric potential in both the five-center and four-center models implicitly implies the presence of non-electrostatic forces in the molecule. In the absence of such forces, according to the well-known Irnshaw theorem, it would be impossible to have stable molecules. We consider the pressure of supersaturated steam with a change in temperature, based on molecular rotation, only if we assume that the overwhelming number of water molecules has a free orientation without the influence of an external electric field. Molecular clusters, which we will study, are formed by molecules in contact with each other, able to rotate around their center under the action of intermolecular electrostatic forces. To test the suitability of our potential for modeling, the binding energy of a molecule in water and the sticking coefficient of a vapor molecule falling on a water surface will be calculated. These two parameters are also found from the saturation curve as calibration values. Thus, we model virtual intermolecular interactions between water molecules.

компьютерная модельинтегральная кривая распределенияповерхностное натяжениеэлектрический потенциалэлектрический дипольный моментраспределение максвеллакластердавление пересыщеного парамолекула водыфизика атмосферыпотенциала Леннарда-Джонсасomputer modelintegral distribution curvesurface tensionelectric potentialelectric dipole momentMaxwell distributionclustersupersaturated vapor pressurewater moleculeatmospheric physicsLennard-Jones potentialReferencesКрымский Г. Ф., Павлов Г. С. Электрическая модель конденсации водяного кластера // Докл. АН. – 2008. – Т.420. – C. 750-751.Krymskij G. F., Pavlov G. S. EHlektricheskaya model' kondensacii vodyanogo klastera // Dokl. AN. – 2008. – T.420. – C. 750-751.Пономарев Ю. Н., Климкин А. В., Козлов А. С., Колосов В. В., Крымский Г. Ф., Куряк А. Н., Малышкин С. Б., Петров А. К. Исследования конденсации пересыщенного водяного пара при ионизации атмосферы и сопутствующего характеристического ик-излучения // Солнечно-земная физика. – 2012. – Вып. 21. – С. 58-61.Ponomarev YU. N., Klimkin A. V., Kozlov A. S., Kolosov V. V., Krymskij G. F., Kuryak A. N., Malyshkin S. B., Petrov A. K. Issledovaniya kondensacii peresyshchennogo vodyanogo para pri ionizacii atmosfery i soputstvuyushchego harakteristicheskogo ik-izlucheniya // Solnechno-zemnaya fizika. – 2012. – Vyp. 21. – S. 58-61.Shevkunov S. V. Nucleation of water vapor on ions: numerical modeling // JETP. – 1994. – V.78 – №5. – Pp. 677-689.Shevkunov S. V. Nucleation of water vapor on ions: numerical modeling // JETP. – 1994. – V.78 – №5. – Pp. 677-689.Ермаков В. И. Роль грозовых облаков в механизме связи погоды с солнечной активностью // Геомагнетизм и аэрономия. – 2000. – Т. 40. – № 1. – С. 130-132.Ermakov V. I. Rol' grozovyh oblakov v mekhanizme svyazi pogody s solnechnoj aktivnost'yu // Geomagnetizm i aehronomiya. – 2000. – T. 40. – № 1. – S. 130-132.Ermakov V. I., Bazilevskaya G. A., Pokrovsky P. E., and Stozhkov Y. I. Ion balance equation in the atmosphere // J. Geophys. Res. – 1997. – V. 102, № D19. – Pp. 23,413-23,419.Ermakov V. I., Bazilevskaya G. A., Pokrovsky P. E., and Stozhkov Y. I. Ion balance equation in the atmosphere // J. Geophys. Res. – 1997. – V. 102, № D19. – Pp. 23,413-23,419.Русанов А. И. К термодинамике нуклеации на заряженных центрах // Докл. АН СССР. – 1978. – Т.238. – №4. – С.831-834.Rusanov A. I. K termodinamike nukleacii na zaryazhennyh centrah // Dokl. AN SSSR. – 1978. – T.238. – №4. – S.831-834.Rahman A. and Stillinger F. H. Molecular dynamics study if liquid water // J. Chem. Phys., – 1971. – V. 55. – Рp. 3336-3359.Rahman A. and Stillinger F. H. Molecular dynamics study if liquid water // J. Chem. Phys., – 1971. – V. 55. – Rp. 3336-3359.Крымский Г. Ф., Петухов С. И., Павлов Г. С. Моделирование конденсации водяного пара. Заряженные кластеры // Оптика атмосферы и океана. – 2017. – Т. 30. – № 04. – С. 281-284.Krymskij G. F., Petuhov S. I., Pavlov G. S. Modelirovanie kondensacii vodyanogo para. Zaryazhennye klastery // Optika atmosfery i okeana. – 2017. – T. 30. – № 04. – S. 281-284.Лапшин В. Б., Яблоков М. Ю., Палей А. А. Давление пара над заряженной каплей // Журнал физ. химии. – 2002. Т. 76, № 10. – С. 1901-1903.Lapshin V. B., YAblokov M. YU., Palej A. A. Davlenie para nad zaryazhennoj kaplej // ZHurnal fiz. himii. – 2002. T. 76, № 10. – S. 1901-1903.Yu F. Modified Kelvin-Thomson equation considering ion-dipole interaction: Comparison with observed ion-clustering enthalpies and entropies // J. Chem. Phys. – 2005. – V. 122, – N 8. – Pp. 084503.Yu F. Modified Kelvin-Thomson equation considering ion-dipole interaction: Comparison with observed ion-clustering enthalpies and entropies // J. Chem. Phys. – 2005. – V. 122, – N 8. – Pp. 084503.Reznikov M., “Dielectrophoretic Dehumidification of Gas Stream in Low and Moderate Electrical Fields,” Proc. ESA-IEEE Joint Meeting of Electrostatics, Little Rock, AR, June 24 27. – 2003. – Pp. 230-240.Reznikov M., “Dielectrophoretic Dehumidification of Gas Stream in Low and Moderate Electrical Fields,” Proc. ESA-IEEE Joint Meeting of Electrostatics, Little Rock, AR, June 24 27. – 2003. – Pp. 230-240.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.