俞聯(lián)夢 袁野

摘要：醇含有極性的羥基OH基團(tuán)，代表式為ROH，R表示烴基。甲醇、乙醇都屬于羥基與烴基中烷基相結(jié)合的烷基醇，如甲醇CH3OH是由甲烷CH4中一個(gè)氫分子被OH取代而成，它們的通式也可用CnH2n+1OH表示。醇燃料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，碳原子數(shù)少及含較多的氧，是決定其理化性質(zhì)與燃料特性的重要因素。甲醇能與水無限互溶，輕質(zhì)、低污染是一種無色、略有臭味、的可燃液體。甲醇結(jié)構(gòu)中無C-C鍵，只含有一個(gè)C原子，含氧為50%，是一種較清潔的含氧燃料。

關(guān)鍵詞：醇燃料徑向分布函數(shù)配位數(shù)氫鍵

1引言

由于醇類物質(zhì)都具有極性，且液態(tài)醇分子間有氫鍵的相互作用，形成締合分子，存在締合作用，這種締合過程是可逆的，且進(jìn)行締合時(shí)放熱，必須給予較多的熱量，才能減弱或破壞這種締合，因此甲醇的汽化潛熱比汽油約大3.6倍。研究醇燃料燃燒物中H-O的徑向分布函數(shù)和氫鍵作用能提高醇燃料的開發(fā)和使用。

2 理論方法

本文應(yīng)用計(jì)算機(jī)采用分子動力學(xué)方法來模擬計(jì)算分子間的相互作用，混合的二元溶液分子之間的相互作用的描述是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，重點(diǎn)在于選擇精確的勢能模型。研究發(fā)現(xiàn)，描述CO2分子相互作用的勢能模型有很多，用OPLS勢能模型能準(zhǔn)確描述分子相互作用[1-2]。基于之前的研究經(jīng)驗(yàn)，在本文中我們采用OPLS模型，分子間的相互作用勢能表示如下

（2-1）式中第一項(xiàng)是靜電相互作用，第二項(xiàng)是短程Lennard-Jones 作用，為分子間的相互作用勢能；代表第個(gè)原子或粒子上所帶有的電荷；為原子或粒子與間的距離；和為Lennard-Jones交互作用參數(shù)，采用Lorentz-Berthelot規(guī)則計(jì)算。

配位數(shù)（coordination number）在一定程度上講，配位數(shù)的多少，表明了該粒子周圍的粒子分布密度，也能反映該粒子周圍區(qū)域密度的大小。是指某個(gè)粒子的最近鄰粒子個(gè)數(shù)。其計(jì)算公式如下：

（2-2）物質(zhì)液態(tài)時(shí)形成氫鍵，某些晶態(tài)甚至氣態(tài)物質(zhì)之中也存在氫鍵，如氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的HF中都有氫鍵。常見的具有氫鍵的物質(zhì)如水、水合物、氨合物、無機(jī)酸和某些有機(jī)化合物。物質(zhì)形成氫鍵后，熔、沸點(diǎn)會降低。如分子內(nèi)有氫鍵作用的鄰硝基苯酚熔點(diǎn)（45℃）比有分子間氫鍵的間位熔點(diǎn)（96℃）和對位熔點(diǎn)（114℃）都低。氫鍵不僅影響物質(zhì)的溶解度，粘度，密度，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，對物質(zhì)熔化或氣化時(shí)也需要提高溫度來打破分子間的氫鍵作用，因此這些物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)比同系列氫化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)要高。在極性溶劑中，HF和HN3在水中的溶解度比較大，是由于溶質(zhì)分子與溶劑分子之間形成氫鍵，溶質(zhì)的溶解度會增大。

實(shí)驗(yàn)中采用Nose-Hoover 熱浴法控制溫度，模擬系綜為正則系綜（NVT），起始構(gòu)型是面心立方晶格，包含500個(gè)水和CO2的分子總數(shù)。

3 結(jié)果分析

本文計(jì)算了H2O中的H與CO2中的O形成的 H-O的徑向分布函數(shù)和配位數(shù)，結(jié)果顯示隨著溫度的升高H-O的徑向分布函數(shù)呈減小趨勢，配位數(shù)呈增大趨勢，說明其氫鍵作用增強(qiáng)，如圖2.8所示。當(dāng)體系壓強(qiáng)減小，溫度增加時(shí)，體系密度增大，H、O之間的距離減小，因而增加了O出現(xiàn)在H周圍的機(jī)率，氫鍵作用力增強(qiáng)。在相同溫度448.15K條件下，增加水濃度，H-O配位數(shù)減小，這是由于雖然水分子數(shù)增加，增大了H、O結(jié)合的概率，但體系的壓強(qiáng)是逐漸減小的，H、O之間的距離增大，H、O結(jié)合的概率減小，氫鍵作用力減弱。因此可以得出結(jié)論：壓強(qiáng)對配位數(shù)和氫鍵影響較顯著，溫度和濃度對配位數(shù)和氫鍵的影響則較小，增大壓強(qiáng)時(shí)配位數(shù)和氫鍵的數(shù)值都增大。

4 結(jié)論

通過結(jié)果分析我們可以得出結(jié)論，二氧化碳與水之間的配位數(shù)與氫鍵作用受壓強(qiáng)作用較溫度與濃度作用明顯，在醇燃料的使用中我們可以利用壓強(qiáng)來改變?nèi)紵锏男再|(zhì)從而提高醇燃料的使用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Murthy S F，Oshea，McDonald I R，1983 Mol. Phys. 50 531

[2] Jorgensen W L，1986 J. Chem. Phys. 90 1276