Skip to main content
SUPERVISOR
Bijan Najafi,Hamid Mosaddeghi Noghondar
بیژن نجفی (استاد راهنما) حمید مصدقی نقندر (استاد مشاور)
 
STUDENT
Behrouz Rahimpour
بهروز رحیم پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Molecular dynamics simulations of water and ethylene glycol systems and Study the Diffusion coefficient and hydrogen bonding using the OPLS force field with modified parameter
Liquid ethylene-glycol (EG) is best known as anti-freeze protection in cooling/heating systems as well as in de-icing solutions for vehicles and runways of airports. It serves as an ingredient of electrolytic capacitors, printer's inks and is also a raw material for the production of explosives and synthetic waxes. EG is a sweetly tasting odorless liquid and it is toxic if swallowed in large amounts. EG and EG–water mixtures are used as a media with variable viscosity in experimental studies of the solvent dynamics effect on electrochemical reactions. In this thesis the method of Molecular Dynamic (MD) simulations is used to study various mixtures of ethylene glycol and water mixtures (Antifreeze). The simulations are carried out with at least 1000 atoms mostly at 298 K and some other temperatures The pressure and time step is 1.0 atm 0.001 ps respectively. The purpose of these simulations is the study of some important quantities such as density, mean square displacement (MSD), diffusion coefficient, radial distribution function, excess parameters , hydrogen bonds and activation energyof EG-water mixtures with different mole fractions. Firstly, the simulation is performed in the NPT (isobaric-isothermal) ensemble at 298 K using DL_POLY 2.18 during 1 ns (step 1000000) to equilibrated the systems and then in NVE (micro canonical) to obtain the desired quantities. The second part of the thesis is about the calculation of the number of hydrogen bonds in pure water, pure ethanol and EG-water with different mole fractions. As it was observed experimentally the minimum mixture volume and enthalpy occurs at about mole fraction of 0.4 and also the minimum number of hydrogen bonds also belongs to this mole fraction. In this thesis we reached to this conclusion that this minimum of volume and enthalpy at this mole fraction depends on the strength of hydrogen bonds rather than the number of such bonds.
در این پایان نامه از روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی برای مطالعه‌ی خواص ترمودینامیکی، ساختاری و دینامیکی مخلوط های اتیلن گلیکول و آب با کسر مولی‌های مختلف استفاده شده است. دینامیک مولکولی روشی برای شبیه سازی رفتار ترمودینامیکی مواد در سه فاز جامد، مایع وگاز با استفاده از قوانین کلاسیک حرکت و نیروها، سرعت ها و مکان ذرات است. شبیه‌سازی‌ها با حداقل 10000 اتم در دمای 298 کلوین و چند دمای دیگر انجام شدند. هدف اصلی از این شبیه سازی ها، مطالعه ی کمیت هایی مانند میانگین مربع جابجایی، ضرایب نفوذ و تابع توزیع شعاعی است. کمیت های ترمودینامیکی گوناگونی مانند چگالی، حجم مولی اضافی و آنتالپی مولی اضافی محاسبه شدند. ضرایب نفوذ برای اتیلن گلیکول و آب از روی شیب نمودارهای میانگین مربع جابجایی محاسبه شدند. تابع توزیع شعاعی جایگاه های اتمی مختلف در دمای 298 کلوین محاسبه شد. در تمامی شبیه‌سازی‌های انجام شده با نرم افزار DL-POLY2.18، فشار،گام زمانی و شعاع قطع به ترتیب 1 اتمسفر، 001/0 پیکو ثانیه و 0/12 آنگستروم قرار داده شدند. برای مولکول های آب و اتیلن گلیکول تمامی شبیه سازی‌ها در مجموعه هم دما-هم فشار در دمای 298 کلوین برای مدت زمان ns 1 (1000000 گام زمانی) انجام شدند تا سامانه به تعادل رسانده شود. سپس برای محاسبه خواصی که در بالا ذکر شد، هر یک از سیستم های به تعادل رسیده در مجموعه‌ی هم دما-هم فشار با اجرای شبیه‌سازی برای مدت ns 1 (1000000 گام زمانی) برای کسر مولی های مختلف آب و اتیلن گلیکول مورد بررسی قرار گرفت. در این شبیه سازی محاسباتی بر روی چگالی، کمیت های اضافی( حجم مولی اضافی و آنتالپی مولی اضافی)، ضرایب نفوذ انجام گرفت و تعداد پیوند هیدروژنی این مخلوط با کسر مولی های مختلف محاسبه گردید و همچنین نشان داده شد که مقدار کمینه در کمیت های اضافی آب و اتیلن گلیکول در کسر مولی 4/0 اتیلن گلیکول اتفاق می افتد و این همان کسر مولی است که کم ترین دمای ذوب را در مخلوط آب و اتیلن گلیکول تولید می کند. در این پایان‌نامه نشان داده شد که پس از اصلاح پارامتر دای هدرال مربوط به اتیلن گلیکول در میدان نیرو، هم خوانی چگالی شبیه سازی با چگالی تجربی بیش تر گردید ودر نتیجه نتایج حاصل از این شبیه سازی با سایر شبیه سازی ها دقیق تر و نزدیک تر به داده های تجربی موجود گردید. در نتیجه با اصلاح این پارامتر در میدان نیرو، می توان با اطمینان خاطر بیش تری از این میدان نیرو برای پروژه های شبیه سازی دیگر استفاده کرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی