Взаимодействие кластеров воды с парниковыми газами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат физико-математических наук Рахманова, Оксана Рашитовна

• Рахманова, Оксана Рашитовна
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Рахманова, Оксана Рашитовна

Список используемых обозначений и сокращений.

Введение.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Фундаментальные концепции в описании атмосферы планет.

1.2 Термодинамические принципы моделирования атмосферы.

1.3 Молекулы парниковых газов и их функция в атмосфере.

1.4 Развитие моделей молекулы воды.

1.5. Теоретическое и экспериментальное исследование кластеров воды и их взаимодействие с молекулами примеси.

1.5.1 Изучение чистой воды.

1.5.2 Взаимодействие воды и примеси.

1.6 Исследование диэлектрических и динамических свойств воды в компьютерном эксперименте.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ, СТРУКТУРНЫХ И СПЕКТРАЛЬНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК КЛАСТЕРОВ.

2.1 Компьютерные модели.

2.1.1. Межатомные взаимодействия.

2.1.2. Методика проведения молекулярно-динамических расчетов.

2.1.3. Метод Гира.

2.1.4. Параметры Родрига-Гамильтона.

2.1.5. Схема интегрирования уравнений движения при наличии вращений.

2.1.6. Ультрадисперсные системы из кластеров.

2.2. Термодинамические свойства и критерии устойчивости кластеров.

2.3. Усовершенствованный метод статистической геометрии.

2.4. Метод расчета спектральных характеристик и ИК-спектров.

2.5. Метод расчета свободной энергии.

2.6. Оценка надежности используемой модели.

ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЛАСТЕРОВ

ЧИСТОЙ ВОДЫ.

3.1 Устойчивость кластеров (Н20)п.

3.2. Микроструктура агрегатов (Н20)п.

3.3. Диэлектрические свойства и ИК-спектры водных ультрадисперсных систем.

ГЛАВА 4. АБСОРБЦИЯ МОНООКСИДОВ УГЛЕРОДА И АЗОТА

УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ ВОДНОЙ СИСТЕМОЙ.

4.1 Устойчивость кластеров воды, абсорбировавших молекулы СО и NO .>.

4.2. Диэлектрические свойства и ИК-спектры систем, состоящих из кластеров воды и молекул СО и NO.

4.2.1. Системы из кластеров воды, содержащих по одной и две молекулы примеси.

4.2.2. Системы из кластеров воды, содержащих до 10 молекул примеси.

ГЛАВА 5. ПОГЛОЩЕНИЕ КЛАСТЕРАМИ ВОДЫ МОЛЕКУЛ

ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И ЗАКИСИ АЗОТА.

5.1 Устойчивость кластеров C02(H20)n, N20(H20)n,

СО2)1(Н2О)10 и (N20),(H20)io.

5.2. Микроструктура агрегатов C02(H20)n, N20(H20)n,

СО2)1(Н2О)10 и (N2O),(H2O)10.

5.3. Диэлектрические свойства и ИК-спектры систем, состоящих из кластеров воды с молекулами С02 и N20.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Взаимодействие кластеров воды с парниковыми газами»

Основными газовыми компонентами атмосферы Земли являются азот N2 и кислород 02, объемная доля которых составляет 78.08% и 20.93% соответственно. Однако, ни азот, ни кислород не являются активными к-инфракрасному (ИК) излучению. Остающиеся 0.97% состоят из аргона (Аг -0.93%), диоксида углерода (С02- 0.037%), метана (СН4 - 0.00017%), закиси азота (N20 - 0.000032%)) и небольших величин монооксида углерода (СО), озона (Оэ) и группы инертных газов: неона, гелия, криптона и ксенона. Обнаружены также следы многих других летучих компонентов.

Вода в ультрадисперсном состоянии присутствует как в тропосфере, так и нижних слоях стратосферы. Она является переменной составляющей атмосферы и выполняет крайне важные функции. Влага в атмосфере может находиться в виде мелкодисперсной фракции — кластеров. Молекулы в кластерах связаны друг с другом водородными связями. Изучение свойств кластеров воды позволяет расширить знания о свойствах жидкой воды. В жидком» состоянии вода представляет собой не простую смесь - молекул, а сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров. Каждый отдельный кластер живет небольшое время, однако, именно поведение кластеров влияет на структуру воды. В кластерах воды движения молекул более коррелированны, чем в разреженном водяном паре, но отличаются от их типичных перемещений в объемной воде. Характер движения молекул оказывает влияние на устойчивость и структуру водного агрегата. Кластеры, содержащие от 10 до 50 молекул воды, обладают дипольным моментом, достигающим значения ~ 15 Д. Кластеры воды, содержащие десять и более молекул, электрически более упорядочены, чем маленькие и остаются жидкими в окрестности, тем-пературы'233 К.

Молекулы парниковых газов — это молекулы, которые абсорбируют излучение земной поверхности, создаваемое тепловым эффектом падающего солнечного излучения. Их абсорбционные характеристики позволяют им действовать на удержание тепла в атмосфере так, чтобы глобальная средняя температура атмосферы обеспечивала приемлемые условия для жизни. Наиболее важными компонентами в этом случае являются вода, диоксид углерода, метан, закись азота и озон. Эти компоненты приведены в порядке уменьшения эффективности, которая в основном определяется их концентрацией.

За счет развитой поверхности и наличия большого числа оборванных водородных, связей ультрадисперсная водная система способна абсорбировать различные легкие компоненты атмосферы, в том числе электрически нейтральные молекулы некоторых парниковых газов. Кластеры воды, в том числе агрегаты, захватившие молекулы, примеси, подвержены воздействию теплового излучения Земли. Получение ИК-спектров поглощения требует лишь небольшого количества вещества в любом из агрегатных состояний. Необходимым условием для этого является совпадение частоты внешнего ИК-излучения с некоторыми собственными частотами колебаний атомов в молекулах, а также с частотами вращения-молекулы как целого.

Молекула воды представляет собой, асимметричный волчок,- имеющий очень богатый спектр поглощения: от дальней инфракрасной до видимой области спектра. Подчеркнем, что вращение не обязательно сопровождается появлением инфракрасной полосы поглощения. Поглощение имеет место только тогда, когда вращение приводит к изменению распределения- заряда внутри молекулы. В конденсированных системах, к которым можно отнести кластеры, благодаря межмолекулярным взаимодействиям индуцируются спектры, связанные с дипольными переходами, которые запрещены правилами отбора для изолированных молекул. В длинноволновой ИК области находятся трансляционные спектры - особый тип индуцированных спектров. Трансляционное поглощение связано с дипольным моментом, возникающим в результате деформации электронных оболочек при столкновениях. В* спектре большинства неполярных молекул индуцированные трансляционный и вращательный спектры расположены в одной и той же области частот и не могут наблюдаться раздельно. Как правило, индукционное взаимодействие рассматривают в рамках взаимодействия диполей. Это взаимодействие имеет характер притяжения. Индукционная энергия всегда отрицательна и анизотропна, т.к. зависит от направления дипольного момента и направления приложенного поля.

По изменению изотопного состава; атмосферного С02 был установлен антропогенный характер его происхождения [1]. Вместе с С02 увеличивается концентрация других радиационно активных атмосферных компонентов, таких как метан и закись азота. Хотя NO,NQ2 и СО не являются основными, парниковыми газами, они играют большую роль в атмосферной химии, увеличивая концентрацию тропосферного озона. Кроме того, N02 является важным поглотителем солнечного излучения в видимой части спектра; время жизни т N2О 'в атмосфере сопоставимо е величиной т для, диоксида углерода и значительно превосходит соответствующие характеристики для метана' и фторуглеродов.

Монооксид углерода СО, также относящийся к парниковым газам; поступает в атмосферу как от природных (с поверхности океанов), так. и* от антропогенных источников (неполное сгорание углеводородного топлива, в, том- числе автомобильного). Среднее время- пребывания в атмосфере этого газа составляет около одного месяца [2]. Молекула СО, как и молекулыгдругих парниковых газов,- относится к числу термически и химически стойких молекул, для которых возможно возбуждение спектров излучения. При исследовании спектров испускания мы полагаем, что в кластерах вещество^ находится в термодинамическом равновесии* по отношению ко всем степеням свободы, т.е. состояние кластеров может быть отнесено, к определенной температуре. Вместе с тем, излучение не находится в*термическом равновесии с кластерами. Потери энергии на излучение пополняются за счет поглощения кластерами, внешнего'ИК-излучения. В результате кластеры производят стационарные спектры испускания.

Монооксид азота NO представляет собой бесцветный, ядовитый, огнеопасный газ и имеет резидентное время в тропосфере приблизительно 100 лет. В: значительных концентрациях это сильно ядовитое вещество, причиняющее серьезные повреждениям с отсроченным ;эффектом. В* атмосфере существуют важные газовые компоненты, содержащие азот, к которым относятся закись азота (N20) и аммиак (N113). Закись азота образуется в период деградации микробиологических процессов1, а аммиак — в- результате- сельскохозяйственной; деятельности: Газ N20 не реагирует в тропосфере, а в стратосфере он уничтожает озон; Аммиак реагирует в атмосфере с определенной разновидностью кислот, подобных азотной кислоте, и при этом формирует частицы аэрозоля [3].

В целом количество оксидов азота, произведенных естественным путем: в результате деятельности бактерий, извержений вулканов; а также разряда молнии, перевешивает искусственную- эмиссию; Искусственная» эмиссия, главным образом, производится?, в результате неполного сгорания- углеводородного топлива. В атмосфере, оксиды азота смешиваются с водяным паром; образуя азотную кислоту. Это кислое загрязнение может распространяться на значительные расстояния и выпадать в виде кислотного дождяг

Кластеры воды, в том числе агрегаты^, захватившие молекулы примеси, . подвержены;воздействию,теплового излучения Земли. До настоящего времени не было; исследовано соотношение между количеством энергии'теплового излучения^ поглощаемой кластерами; и количеством энергии, поглощаемой молекулами парниковых газов, составляющих эти кластеры. Не установлен механизм;процессов взаимодействия кластеров воды с молекулами- парниковых тазов. Цель работы

Цель настоящей работьк- на основе результатов; компьютерного моде-лированияшолучить термодинамические и структурные характеристики; кластерных систем; образованных водяным паром и газами; СО; N0; СОг и N2O.

Рассчитать инфракрасные спектры поглощения и испускания для этих систем,: изучить движения молекул,в кластерах.

Научная новизна^

- Методом молекулярной- динамики, с использованием TIP4P потенциала и четырехцентровой модели молекулы воды исследованы устойчивость, структура и диэлектрические свойства кластеров воды, содержащих от 50 до 905молекул.

- Получены данные о« термической, механической и концентрационной: устойчивости гетерокластеров, образованных молекулами воды и парниковыми тазами СО, N0, С02 и N20 размером, не превышающим 30 молекул.

- Рассчитаны ИК-спектры поглощениям ультрадисперсных водных систем, абсорбировавших молекулы GO; N0;\.C02 HtN20:

- Получены» частотные спектры мощности? испускания ИК-излучения кластерами воды, присоединившими молекулы парниковых газов.

Практическаязначимость

Г. В настоящее время скорость увеличения глобальной температуры Земли и скорость повышения?концентрации парниковых газов более чем на порядок превосходят соответствующие характеристики всех раннихшериодов потепления. Кластеризация водяного пара в атмосфере является; фактором, оказывающим влияние на установление теплового баланса атмосферы Земли.

2. Показана способность атмосферной влаги поглощать^ монооксиды/углерода и азота, диоксид углерода и закись азота. Несмотря? на: низкую растворимость монооксидов углерода, азота, а также закиси азота, кластеры? воды, содержащие 20 молекул, способны абсорбировать до; 10 молекул СО, NO или N20.

3. Определены пределы» термодинамической устойчивости^ кластеров воды, абсорбирующих молекулы СО, NO, С02 и N20. На основе рассчитанных частотных зависимостей мнимой части диэлектрической проницаемости и коэффициента абсорбции установлены частоты, при которых происходит интенсификация процесса захвата молекул газообразных оксидов углерода и азота кластерами воды. 4. Присутствие в ультрадисперсной водной системе оксидов углерода и азота даже в небольшом количестве обнаруживается по ее ИК-спектру поглощения. Рассчитанные ИК-спектры дисперсных систем можно использовать для теоретического анализа теплового баланса в атмосферах планет. Защищаемые положения

- Метод расчета ИК-спектров поглощения, и испускания дисперсными водными системами, абсорбировавшими молекулы,СО, NO, СО2 и N2O.

- Кластеры воды размером до 20 молекул способны абсорбировать до 10 молекул парниковых газов: СО, NO, СО2 и N2O.

- Рост кластеров за счет присоединения полярных молекул Н2О, СО, NO и N2O приводит к увеличению интегральной интенсивности поглощения ИК-излучения, тогда как неполярные молекулы (СО2) не оказывают существенного влияния-на интенсивность спектра поглощения.

- Переход от абсорбции двухатомных к присоединению кластерами воды трехатомных молекул окислов углерода и азота связан с усилением поглощения ИК-излучения, а в.случае захвата молекулы СО2 - с существенным-увеличением мощности испускания кластерами.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных потенциалов атом-атомного взаимодействия, выбором надежного алгоритма совместного решения трансляционных уравнений-движения и уравнений для вращения молекул, сравнением получаемых термодинамических, структурных и диэлектрических свойств кластерных систем с существующими экспериментальными данными для объемной жидкой воды и с соответствующими свойствами газовых фаз, а также сопоставлением полученных расчетных характеристик с данными компьютерных расчетов, выполненных другими авторами.

Личный вклад автора

Вошедшие в диссертацию результаты получены автором совместно с научным руководителем А.Е. Галашевым. Диссертантка самостоятельно провела компьютерные эксперименты по моделированию процесса абсорбции кластерами воды молекул монооксидов углерода и азота, диоксида углерода и закиси азота, выполнила обработку и анализ расчетных данных, участвовала в подготовке публикаций. Апробация работы

Результаты работы были представлены на The Third International Conference Ecological Chemistry 2005, Chisinau, Republic of Moldova, May 20-21, 2005; XII Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric physics», Tomsk, 27-30 June 2005; 11-ой Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ, Санкт-Петербург, 4-7 октября 2005; 3-ем Российском совещании «Метастабильные состояния и флуктуационные явления», Екатеринбург, 18-20 октября 2005; 2-ой Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование», Санкт-Петербург, 7-9 января 2006; XIII Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric physics», Tomsk, 2-7 July 2006; XIV International Symposium. «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric physics», Buryatiya, Russia, 24-29 June 2007; 41st IUPAC World Chemistry Congress, Turin, Italy, 5-11 August 2007; XII Международная конференция молодых ученых «Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы», Борок, Ярославская область, 1923 мая 2008; XV Joint International Symposium «Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric physics», Krasnoyarsk, 22-28 June 2008; Global Conference on Global Warming 2008, Istanbul, Turkey, 6-10 July 2008. Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Рахманова, Оксана Рашитовна

Выводы:

1. Показана возможность абсорбции кластерами воды молекул диоксида углерода СО2 и закиси азота N20. Полученные данные для коэффициентов устойчивости свидетельствуют о том, что кластер воды остается устойчивым при абсорбции до 10 молекул С02 или N20.

2. С ростом кластера за счет добавления молекул С02 его устойчивость к диэлектрическим возмущениям постепенно снижается, а в случае добавления молекул N20, наоборот, коэффициент диэлектрической устойчивости возрастает.

3. Анализ структуры с помощью MB показал, что приблизительно 10% тетраэдров, которые могут встречаться при упаковке молекул в исследуемых кластерах, отличаются существенно более высокой несферичностью по отношению к аналогичной величине идеального тетраэдра.

4. В случае поглощения молекул С02 интенсивности действительной б'(со) и мнимой б" (со) частей диэлектрической проницаемости гетерокластеров оказываются сопоставимыми с интенсивностями б'(со) и б"(со) для системы кластеров чистой воды. А в случае присоединения молекул NaO, б'(со) и б"(со) значительно их превосходят.

5. В рассматриваемом частотном диапазоне интегральная интенсивность поглощения ИК-излучения системой с молекулами С02 уменьшается, а для системы с молекулами N20, напротив, увеличивается по отношению к соответствующей характеристике системы водных кластеров.

6. Мощность рассеяния ИК-излучения системами гетерокластеров увеличивается по сравнению с системой кластеров чистой воды после абсорбции молекул N20 и еще более возрастает в случае поглощения молекул С02.

7. Переход от абсорбции двухатомных (СО, NO) к присоединению кластерами воды трехатомных (С02, N20) молекул окислов углерода и азота связан с усилением поглощения ИК-излучения, а в случае захвата молекулы С02 — с существенным увеличением мощности испускания кластерами.

Заключение

В настоящей работе исследована абсорбция кластерами воды двух-(СО и N0) и трех- (С02 и N20) атомных молекул парниковых газов. Основное внимание уделено взаимодействию кластеров и гетерокластеров с инфракрасным излучением. Показано влияние абсорбции парниковых газов на коэффициенты поглощения и отражения ультрадисперсной водной среды. Получены спектры испускания кластеров чистой воды и гетерокластеров. Рассчитанные характеристики коррелируют с существующими данными ИК-спектроскопии для жидкой воды и рассматриваемых газов. В настоящее время для объяснения экспериментальных ИК-спектров атмосферного континуума привлекаются димеры воды как наиболее распространенные среди водных агрегатов. Однако даже в этом случае теоретические вычисления (использующие, например, ab initio формализм или теорию функционала плотности) оказываются достаточно сложными. Димеры воды взаимодействуют с излучением не только в инфракрасном диапазоне, но также в области спектра видимого и ультрафиолетового излучения, тем самым оказывая влияние на климат нашей планеты. Эксперимент с использованием спектрографа и радиозонда показал, что нет существенных изменений в форме спектра оптической глубины для мономеров воды в случае чистого неба и при наличии облаков. Однако диффузное солнечное излучение при облачном небе явно указывает на присутствие дополнительной абсорбции в диапазоне от 624 до 686 нм [149]. Даже после исключения вкладов таких абсорбентов как 02, 03 и О4, избыточный вклад в абсорбцию составлял от 0.8 до 1.5 Вт/м . Наиболее вероятным источником такого поглощения являются кластеры воды.

Основными выводами настоящего исследования являются: 1. Показана принципиальная возможность существования кластеров воды, содержащих до 90 молекул, в том числе как устойчивых образований, на временном интервале порядка нескольких десятков пикосекунд. Эти кластеры способны абсорбировать молекулы других парниковых газов, таких как СО, NO, С02 и N20.

2. Определены диэлектрические свойства водных кластеров, взаимодействующих с, молекулами парниковых газов, сформированных в различные системы в зависимости от состава. Абсорбция кластерами воды молекул СО снижает диэлектрическую проницаемость, присоединение молекул N20 - увеличивает, а поглощение молекул С02 и NO делает интенсивности и гетеросистем^сопоставимыми с аналогичными величинами для системы кластеров чистой воды.

3. Рост кластеров за счет присоединения полярных молекул Н20, СО, NO и N20 приводит к увеличению интегральной интенсивности поглощения ИК-излучения, тогда как неполярные молекулы (С02) не оказывают существенного влияния на интенсивность спектра а(со).

4. Абсорбция молекул С02 дает существенное усиление мощности испускаемого кластерами ИК-излучения, а присоединение молекул СО, NO и N20 лишь незначительно увеличивает интегральную интенсивность спектров испускания. Максимум рассеяния энергии у гетерокластеров, приходится на более низкие частоты, чем у кластеров чистой воды.

5. Переход от абсорбции двухатомных к присоединению кластерами воды трехатомных молекул окислов углерода и азота связан с усилением поглощения ИК-излучения, а в случае захвата молекулы С02 - также с существенным увеличением производимой кластерами мощности испускания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Рахманова, Оксана Рашитовна, 2009 год

1. Barrett J. Greenhouse molecules, their spectra and function in the atmosphere // Energy&Environment. 2005. V. 16. N. 6. P. 1037-1045.

2. Halmann M.M., Steinberg M. Greenhouse Gas Carbon Dioxide Mitigation. Science and Technology. Lewis Publishers: Washington, 1999. 568 p.

3. Козинцев В.И., Белов M.JI., Городничев B.A., Федотов Ю.В. Лазерный оптико-аккустический анализ многокомпонентных газовых смесей. М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 352 с.

4. Ramanfthan V., Coakley J.A. Climate modeling through radiative-convective models //Rev. Geophys. Space Phys. 1978. V. 16. N. 4. P. 465^89.

5. Eliassen A., Kleinschmidt E. Dynamic Meteorology. Springer: New York, 1957. 154 p.

6. Ambartsumyan V.A. Theoretical astrophysica. Pergamon: New York, 1958. P. 22-41.

7. Chandrasekhan S. An Introduction in the study of stellar structure. Dover: New York, 1957.224 р.

8. Gierasch P.J., Goody R. A study of the thermal and dynamical structure of the Martian lower atmosphere //Planet. Space Sci. 1968. V. 16. P. 615-646.

9. Stillinger F.H., Rahman A. Improved simulation of liquid water by molecular dynamics // J. Chem. Phys. 1974. V. 60. N. 4. P. 1545-1557.

10. Ben-Naim A., Stillinger F.H. Aspects of the statistical-mechanical theory of water. In "Structure and transport processes in water and aqueous solutions". Edited by R.A. Home. Wiley: New-York, 1972. P. 295-330.

11. П.Шевкунов C.B. Компьютерное моделирование кластеризации воды на ионах хлора. 1. Термодинамические свойства // Коллоидный журнал. 2002. Т. 64. № 2. С. 262-269.

12. Mausbach P., Schnitker J., Geiger A. Hydrogen bond ring structures in liquid water. A molecular dynamics study// J. Tech. Phys. 1987. V. 28. P. 67-76.f

13. Neumann M. The dielectric constant of water. Computer simulations with the MCY potential // J. Chem. Phys. 1985. V. 82. N. 12. P. 5663-5672.

14. Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., van Gunsteren W.F., Hermans J. Intermole-cular forces. Edited by B. Pullman. Reidel: Dordrecht, 1981. 331 p.

15. Laaksonen A., Kusalik P., Svishchev I.M. Three-dimensional structure in wa-ter-methanol mixtures // J. Phys. Chem. A. 1997. V. 101. N. 33. P. 5910-5918.

16. Anderson J. Molecular dynamics simulation of dielectric properties of water // J. Chem. Phys. 1987. V. 87. N. 3. P. 1726-1732.

17. Ahlstrom P., Wallqvist A., Engstrom S., Jonsson B. A molecular dynamics study of polarizable water // Mol. Phys. 1989. V. 68. N. 3. P. 563-581.

18. Somasundaram Т., Lynden-Bell R.M., Patterson C.H. A simulation study of the kinetics of passage of C02 and N2 through the liquid/vapor interface of water//J. Chem. Phys. 1999. V. 111. N. 5. P. 2190-2199.

19. Галашев A.E., Пожарская Г.И., Чуканов B.H. Физико-химические свойства кластеров воды в присутствии молекул НС1 и HF. Молекулярно-динамическое моделирование // Журнал структурной химии. 2003. Т. 43. № 3. С. 495-503.

20. Caldwell J., Dang L.X., Kollman P.A. Implementation of nonadditive intermo-lecular potentials by use of molecular dynamics: development of water-water potential and water-ion cluster // J. Am. Chem. Soc. 1990. V. 112. N. 25. P. 9144-9147.

21. Perera L., Berkowitz M.L. Many-body effects in molecular dynamics simulation of Na+(H20)n and Cl'(H20)n clusters // J. Chem. Phys. 1991. V. 95. N. 3. P.1954-1963.

22. Sangster M.J.L., Atwood R.M. Interionic potentials for alkali halides. П. Completely crystal independent specification of Born-Mayer potentials // J. Phys. C. 1978. V. 11. N. 8. P. 1541-1556.

23. Галашев A.E., Сервида А., Сигон Ф. Нуклеация и гетерокластеры в водяном паре. Обзор компьютерного эксперимента // Высокочистые вещества. 1995. №4. С. 5-33.

24. Dang L.X., Rice J.E., Caldwell J., Kollman P.A. Ion solvation in polarizable water: molecular dynamics simulations // J. Amer. Chem. Soc. 1991. V. 113. N. 7. P. 2481-2486.

25. Галашев A.E., Чуканов B.H., Пожарская Г.И. Молекулярно-динамическое изучение атмосферной гидратации монооксида и диоксида углерода // Химическая физика. 2001. Т. 20. № 9. С. 8-13.

26. Галашев А.Е., Сигон Ф., Сервида А. Молекулярно-динамическое изучение термодинамических свойств кластеров воды, содержащих ион натрия и хлора//Журнал структурной химии. 1999. Т. 33. № 6. С. 1092-1101.

27. Jorgensen W.L., Madura J.D. Solvation and conformation of methanol in water. // J. Am. Chem. Soc. 1983. V. 105. N. 6. P. 1407-1413.

28. Benedict W.S., Gailar N., Plyler E.K. Rotation-vibration spectra of a deute-rated water // J. Chem. Phys. 1956. V. 24. N. 6. P. 1139-1165

29. Sprik M., Klein M.L. A polarizable model for water using distributed charge sites // J: Chem. Phys. 1988. V. 89. N. 12. P. 7556-7560.

30. Brodskaya E.N., Rusanov A.I. Molecular-dynamics simulation of water clusters with ions //Mol. Phys. 1990. V. 71. P. 567-585

31. Dang L.X., Chang T-M. Molecular dynamics study of water clusters, liquid and liquid — vapor interface of water with many-body potentials // J. Chem. Phys. 1997. V. 106. N. 19. P. 8149-8159.

32. Xantheas S. The Hamiltonian for a weakly interacting trimer of polyatomic monomers //J. Chem. Phys. 1996. V. 104. N. 21. P. 8821-8824.

33. Feller D., Dixon D.A. The hydrogen bond energy of the trimer // J. Phys. Chem. 1996. V. 100. N. 8. P. 2993-2997.

34. Smith D;E., Dang L.X. Simulations of NaCl association in polarizable water // J. Chem. Phys. 1994. V. 100. N. 5. P. 3757-3762:

35. Bresme F. Equilibrium and nonequilibrium molecular-dynamics of the central force model of water // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. N. 16. P. 7564-7574.

36. Mahoney M1W., Jorgensen W.L. Quantum, intermolecular flexibility, and po-larizability effects on the reproduction of the density anomaly of liquid; water by simple potential function//J. Chem. Phys. 2001. V. 115. N. 23. P: 1075810768.

37. Mahoney MiW., Jorgensen W.L. Diffusion constant ofthe TIP5P model of liquid//J; Chem^Phys. 2001. V: 114. N.l. P. 363-366.

38. Jorgensen W.L. Transferable intermolecular potential function for water, alcohols and ethers. Application to liquid water // J. Amer. Chem. Soc. 1981. V. 103. N. 2. P. 335-340.

39. Bernardo>D;N;, Ding Y., Krogh-Jespersen K:, Eevy R:Mi An anisotropic polarizable water: model: incorporation of all-atom polarizabilities into molecular mechanics force fields // Ji Phys. Chem. 1994. V. 98. N. 15. P. 4180-4187.

40. Rick S.W., Stuart S .J:, В erne B.J;, Dynamical fluctuating charge force fields: application to liquid water // J; Chem; Phys;: 1994. V. 101. N. 7. P. 6141-6156.

41. Moro R., Rabinovitch R., Xia C., Kresin V.V. Electric dipole moments of water clusters from a beam deflection measurement // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 97. N. 12. P. 123401-123410.

42. Ross R.G. Solid: phases 0f water. In "Water and aqueous solutions". Edited by G.W. Neilson and J.E. Enderby. Adam Hilger: Boston, 1985. V. 37. P. 63-74.

43. Walraf6n- G.E. Effects of equilibrium H-bond distance and. angle changes on Raman intensities from, water // J. Chem. Phys. 2004. V. 120. N. 10. P. 48684876;

44. Marti J., Padro J.A., Guardia E. Molecular dynamics simulation of liquid water along the coexistence curve: hydrogen bonds and vibrational spectra II J. Chem. Phys. 1996. V. 105. N. 2. P. 639-649.

45. Torchet G., Schwarrz P., Farges J. Structure of solid water clusters formed in a free jet expansion // J. Chem. Phys. 1983. V. 79. N. 12. P. 6196-6202.

46. Гонзалес Э.Х., Полтев В.И., Теплухин A.B., Маленков Г.Г. Структура и некоторые свойства малых кластеров молекул воды // Журн. структ. химии. 1994. Т. 35. №6. С. 113-121.

47. Buch V. Identification of two distinct structural and dynamical domains in a amorphous water cluster // J. Chem. Phys. 1990. V. 93. N. 4. P. 2631-2639.

48. Дроздов C.B., Востриков A.A. Особенности строения и энергии малых кластеров воды //Письма в ЖТВ. 2000. Т. 26. № 9. С. 81-86.

49. Wales D.J., Hodges М.Р. Global minima of water clusters (H20)„, «<21, described by an empirical potential // Chem. Phys. Lett. 1998. V. 286. N. 1. P. 65-72.

50. Stillinger F.H., Davis C.W. Study of the water octamer using the polarization model of molecular interactions // J. Chem. Phys. 1980: V. 73. N. 7. P. 33843389.

51. Weber T.A., Stillinger F.H. Dynamical study of the H502+ + H302~ neutralization reaction using the polarization model // J. Chem. Phys. 1982. V. 77. N. 8. P. 4150-4155.

52. Vaitheeswaran S., Yin H., Rasaiah J.C., Hummer G. Water clusters in nonpolar cavities // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United State of America. 2004. V. 101. N. 49. P. 17002-17005.

53. Pfeilsticker K., Lotter A., Peters C., Bosch H. Atmospheric detection of water dimmers via infra-red absorption // Science. 2003. V. 300. Pi 2078-2080.

54. Ptashnik I.V., Smith K.M., Shine K.P. Newnham D.A. Laboratory measurements of water vapour continuum absorption in spectral region 5000—5600 cm"1: Evidence for water dimers // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 2004. V. 130. P. 2391-2408.

55. Burch D.E. Absorption by H20 in narrow windows between 3000 and 4200 cm"1. // Report AFGL-TR-85-0036 to the Air Force Geophysics Laboratory, Hanscom AFB MA, 1985.

56. Пташник И.В. Димеры воды: "неизвестный" эксперимент // Оптика атмосферы и океана. 2005. Т. 18. № 4. С. 359-362.

57. Maruyama S., Matsumoto S., Ogita A. Surface phenomena of molecular clusters by molecular dynamics method // Thermal Science & Engineering. 1994. V.2.N. l.P. 1-10.

58. Бродская E.H. Микроструктура поверхностных слоев воды. В «Метод молекулярной динамики в физической химии». Под ред. Ю.К. Товбина. М.: Наука, 1996. С. 179-203.

59. Kemper P., Hale В. Monte-Carlo simulations of small water clusters: effective surface tension. In "Amospheric aerosols and nucleation". Edited by P. E. Wagner and G. Vali, V. 309 of Lecture notes in physics. Springer: Berlin, 1988. P. 450-453.

60. Tuckerman M.E., Ungar P.J., von Rosenvinge Т., Klein M.L. Ab initio molecular dynamics simulations // J. Phys. Chem. 1996. V. 100. N. 31. P. 1287812887.

61. Mhin В .J., Lee S .J., Kim K.S. Water-cluster distribution with respect to pressure and temperature in the gas phase // Phys. Rev. A. 1993. V. 48. N. 5. P. 3764-3770.

62. Yaron D., Peterson K.I., Zolandz D., Klemperer W., Lovas F.J., Suenram R.D. Water hydrogen bonding: the structure of the water-carbon monoxide complex // J. Chem. Phys. 1990. V. 92. N. 12. P. 7095-7109.

63. Sadlej J., Buch V. Ab initio study of the intermolecular potential of the water-carbon monoxide complex // J. Chem. Phys. 1994. V. 100. N. 6. P. 4272-4283.

64. Allouche A., Verlaque P., Pourcin J. CO adsorption isotherms on ice by Fourier transform infrared spectroscopy and new insights of the ice surface from quantum ab initio investigations // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. N. l.P. 89-98.

65. Brodskaya E.N., Rusanov A.I. The molecular dynamics simulation of water cluster//Molec. Phys. 1987. V. 62. P. 251-265.

66. Шевкунов С.В. Компьютерное моделирование кластеризации воды на ионах хлора. 2. Микроструктура // Коллоид, журн. 2002. Т. 64. № 2. С. 270-279.

67. Lybrand Т.Р., Kollman Р.А. Water-water and water-ion potential functions including terms for many body effects // J. Chem. Phys. 1985. V. 83. N. 6. P. 2923-2933.

68. Chandrasekhar J., Spellmeyer D.C., Jorgensen W.L. Energy component analysis for dilute aqueous solutions of Li+, Na+, F~, and Cl~ // J. Am. Chem. Soc. 1984. V. 106. N. 4. P. 903-910.

69. Laria D:, Ferdinandez-Prini R. Ions in steam and aqueous clusters // Proceeding of 12th International conference on the properties of water and steam. Orlando, Florida. 1995.

70. Halley J.W., Rustad J.R., Rahman A. A polarizable, dissociating molecular dynamics model for liquid water // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. N. 5. P. 41104119.

71. Галашев A.E., Сервида А., Сигон Ф. Изучение взаимодействий разноименно заряженных кластеров водных электролитов методом молекулярной динамики // Электрохимия. 1997. Т. 33. № 2. С 189-195.

72. Сервида А., Галашев А.Е., Сигон Ф. Компьютерное изучение процесса взаимодействия кластеров, при конденсации пара водного электролита // Высокочистые вещества. 1996. № 1. С. 28-39.

73. Галашев А.Е., Пожарская Г.И., Чуканов В.Н. Структура и энергетика кластеров HF(H20)n и НС1(Н20)П // Коллоид, журн. 2002. Т. 64. № 6. С. 762768.

74. Галашев А.Е., Пожарская Г.И., Чуканов В.Н. Возможность гидратации молекул N2 и С12 // Журн. общ. хим. 2003. Т. 73. № 6. С. 881-885.

75. Галашев А.Е., Чуканов ,В.Н., Пожарская Г.И. Приложение молекулярно-динамического моделирования кластеров воды с молекулами СО и С02 к вопросам бинарной нуклеации. // Журн. структ. хим. 2002. Т. 43. № 3. С. 486-493.

76. Чуканов В.Н., Галашев А.Е. Влияние кластеризации атмосферных газов: Н20, С02, N20 на энергетический баланс Земли // Перспективы энергетики. 2003. Т. 7. С. 283-293.

77. A1-Halabi A., Kleyn A.W., Kroes G.J. New predictions on the sticking of HC1 to ice at hyperthermal energies // Chem. Phys. Lett. 1999. V. 307. N. 6. P. 505510.

78. Gotthold M.P., Sitz G.O. Inelastic scattering of N2 from water ice // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. N. 47. P. 9557-9564.

79. Andersson P.U., Nagard M.B., Pettersson J.B.C. Molecular beam studies of HC1 interactions with pure and HCl-covered ice surfaces // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. N. 7. P: 1596-1601.

80. Andersson P.U., Nagard M.B., Svanberg M., Pettersson J.B.C. Dynamics of argon collisions with water ice: molecular beam experiments and molecular dynamics simulations // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. N. 12. P. 2681-2688.

81. A1-Halabi A., van Dishoeck E.F., Kroes G.J. Sticking of CO to crystalline and amorphous ice surfaces // J. Chem. Phys. 2004. V. 120. N. 7. P. 3358-3367.

82. Todheide K., Franck E.U. // Zeit. Phys. Chem. Neue Folge: 1963. V. 37. P. 387-401.

83. Mather A.E., Franck E.U. Phase equilibria in the system carbon dioxide-water at elevated pressures // J. Phys. Chem. 1992. V. 96. N. 1. P. 6-8.

84. Duan Z., Moller N., Weare J.H. // An equation of state for the CH4-C02-H20 system: II. Mixtures from 50 to 1000°C and 0 to 1000 bar // Geochim. Cosmo-chim. Acta. 1992. V. 56. N. 7. P. 2619-2625.

85. Bin X., Nagashima К., Desimone J.M., Johnson C.S. Diffusion of water in liquid and supercritical carbon dioxide: an NMR study // J. Phys. Chem. A. 2003. V. 107.N. l.P. 1-3.

86. Cox A.J., Ford T.A., Glasser L. Ab initio molecular orbital of water with carbon dioxide and nitrous oxide // J. Mol. Struct. 1994. V. 312. P. 101-110.

87. Zhang N.R., Shillady D.D. Ab initio equilibrium constants for H20-H20 and H20-C02 // J. Chem. Phys. 1994. V. 100. N. 7. P. 5230-5236.

88. Hebach A., Oberhof A., Dahmen N. Density of water + carbon dioxide at elevated pressures: measurements and correlations // J. Chem. Eng. Data. 2004. V. 49. N. 4. P. 950-953.

89. Бродская E.H. Молекулярно-динамическое моделирование смеси кластеров воды-метанол. 1. Локальная структура // Коллоид, журн. 2001. Т. 63. № 1.С. 10-14.

90. Suzuki S., Green P.G., Bumgarner R.E. Benzene forms hydrogen bonds with water // Science. 1992. V. 257. N. 5072. P. 942-945.

91. Rahman A., Stillinger F.H. Molecular dynamics study of liquid water // J. Chem. Phys. 1971. V. 55. N. 7. P. 3336-3359.

92. Stillinger F.H., Rahman A. Molecular dynamics study of temperature effects on water structure and kinetics // J. Chem. Phys. 1972. V. 57. N. 3. P. 1281— 1292.

93. Neumann M., Steinhauser O., Pawley S. Consistent calculation of the static and frequency-dependent dielectric constant in computer simulation // Molecular Physics. 1984. V. 52. N. l.P. 97-113.

94. Зенгуил Э. Физика поверхности. M.: Мир, 1990, 536 с.

95. Neumann M. Dielectric relaxation in water. Computer simulations with the TIP4P potential // J. Chem. Phys. 1986. V. 85. N. 3. P. 1567-1679.

96. Bosma W B, Fried L E, Mukamel S. Simulation of the intermolecular vibrational spectra of liquid water and water clusters // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. N. 6. P. 4413-4421.

97. Бродская E.H. Микроструктура поверхностных слоев воды. В «Метод молекулярной динамики в физической химии». М.: Наука, 1994. С. 179— 203.

98. Spackman М.А. Atom-atom potentials via electron gas theory // J. Chem. Phys. 1986. V. 85. N. 11. P. 6579-6585.

99. Spackman M.A. A simple quantitative model of hydrogen bonding // J. Chem. Phys. 1986. V. 85. N. 11. P. 6587-6601.

100. Справочник химика. Под ред. В.Б. Никольского. Т.1. Л.: Химия, 1986. 204 с.

101. Haile J.M. Molecular dynamics simulation. Elementary methods. Wiley: New York, 1992. 490 p.

102. Кошляков B.H. Задачи динамики твердого тела и прикладной теории гироскопов. М.: Наука, 1985. 286 с.

103. Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: Физматгиз, 1961. 824 с.

104. Уиттекер Е.Т. Аналитическая динамика. Перев. с англ. М.: ОНТИ, 1937. 130 с.

105. GoldsteinН. Classical mechanics. Wesley, Reading, 1980. 620 с.

106. Sonnenschein R. An improved algorithm for molecular dynamics simulations of rigid molecules // J. Сотр. Phys. 1985. V. 59. P. 347-350.

107. Ландау Л.Д., Лифшиц E.M. Электродинамика сплошных сред. Т.8. М.: Наука, 1982. 620 с.

108. Физическая энциклопедия. Под ред. A.M. Прохорова. Т. 1. М.: Советская энциклопедия, 1988. 702 с.

109. Семенченко В.К. Избранные главы теоретической физики. М.: Просвещение, 1966. 396 с.

110. Lebowitz J.L. Ensemble dependence of fluctuations with application to machine computations //Phys. Rev. 1967. V. 153. N. 1. P. 250-254.

111. Хилл Т. Статистическая механика. М.: ИЛ, 1960. 486 с.

112. Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц. М.: Мир, 1987. 582 с.

113. Медведев Н.Н. Метод Вороного-Делоне в исследовании структуры некристаллических систем. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 214 с.

114. Галашев А.Е., Скрипов В.П. Молекулярно-динамическое изучение структур жидкого и кристаллического аргона//Ж. структ. химии. 1980. Т. 21. №2. С. 46-50.

115. Naidoo K.J., Kuttel М. Water structure about the dimer and hexamer repeat units of amylose from molecular dynamics computer simulations // J. Сотр. Chem. 2001. V. 22. N. 4. P. 445-456.

116. Stern H.A., Berne B.J. Quantum effects in liquid water: Path-integral simulations of a flexible and polarizable ab initio model // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. N. 16. P. 7622-7628.

117. Hermans J., Pathiaseril A., Anderson A. Excess free energy of liquid from molecular dynamics simulations. Application to water models // J. Am. Chem. Soc. 1988. V. 110. P. 5982-5986.

118. Soper A.K. The radial distribution functions of water and ice from 220 К to 673 К and at pressures up to 400 MPa // Chem. Phys. 2000. V. 258. N. 2-3. P. 121-137.

119. Kulmala M., Lehtinen K.E., Laakso L., Mordas G., Hameri K. On the existence of neutral atmospheric clusters. // Boreal Env. Res. 2005. V. 10. N. 2. P. 79-87.

120. Галашев A.E., Рахманова O.P. Компьютерное изучение физических свойств кластеров воды. 1. Устойчивость // Журнал структурной химии. 2005. Т. 46. № 4. С. 648-654.

121. Speedy R.J. Thermodynamic properties of supercooled water at 1 atm // J. Phys. Chem. 1987. V. 91. N. 12. P. 3354-3358.

122. Галашев A.E., Рахманова O.P., Чуканов B.H. Компьютерное моделирование абсорбции молекул С02 кластером воды. 3. Динамические и диэлектрические свойства//Коллоид, журн. 2005. Т. 67. № 3. С. 322-327.

123. Хадсон Д. Статистика для физиков. М.: Мир, 1970. 296 с.

124. Бернал Дж., Кинг С. Физика простых жидкостей. Под ред. Г. Темпер-ли, Дж. Роулинсона, Дж. Рашбрука. М.: Мир, 1971. С. 116-135.

125. Hasted J.B. Aqueous Dielectrics. Chapman and Hall, London, 1973. 450 p.

126. Галашев A.E., Рахманова O.P., Чуканов B.H. Поглощение и рассеяние инфракрасного излучения атмосферными кластерами воды // Журнал физической химии. 2005. Т. 79. № 9. С. 1644-1648.

127. Grant W.B. Water vapor absorption coefficients in the 8-13-цт spectral region: a critical review// Appl. Opts. 1990. V. 29. N. 4. P. 451-462.

128. Bartell L.S. On Possible interpretations of the anomalous properties of supercooled water//J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. N. 38. P. 7573-7583.

129. Goggin P.L., Carr С. Far infrared spectroscopy and aqueous solutions. In "Water and aqueous solutions". Edited by G.W. Nelson and J.E. Enderby. Adam Hilger: Boston, 1986. V. 37. P. 149-161.

130. Галашев A.E., Рахманова O.P. Компьютерное изучение абсорбции монооксида углерода ультрадисперсными водными системами. Спектры испускания // Журнал общей химии. 2008. Т. 78. № 7. С. 1062-1068.

131. Галашева О.А., Рахманова О.Р., Новрузов А.Н., Галашев А.Е. Кластеризация атмосферных парниковых газов. Климатический эффект // Экологическая химия. 2006. Т. 15. № 2. С. 75-81.

132. Галашев А.Е., Рахманова О.Р., Чуканов В.Н. Компьютерное моделирование абсорбции молекул С02 кластером воды. 1. Устойчивость // Коллоидный журнал. 2005. Т. 67. № 3. С. 308-314.

133. Галашев А.Е., Чуканов В.Н., Новрузов А.Н., Новрузова О.А. Компьютерное изучение диэлектрических свойств и устойчивости кластеров: (H20)i, С02(Н20)ь CH4(H20)i // Электрохимия. 2007. Т. 43. № 2. С. 143153.

134. Галашев А.Е., Рахманова О.Р., Чуканов В.Н. Компьютерное моделирование абсорбции молекул С02 кластером воды. 2. Микроструктура //

135. Коллоидный журнал. 2005. Т. 67. № 3. С. 315-321.

136. Герцберг Г. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. М.: ИЛ, 1949. 648 с.

137. Новрузов А.Н., Чуканов В.Н., Рахманова О.Р., Галашев А.Е. Компьютерное изучение поглощения инфракрасного излучения системами молекулярных кластеров // Теплофизика высоких температур. 2006. Т. 44. № 6. С. 935-942.

138. Галашева А.А., Рахманова О.Р., Новрузов А.Н., Галашев А.Е. Спектральные эффекты кластеризации парниковых газов. Компьютерный эксперимент//Коллоидный журнал. 2007. Т. 69. № 1. С. 62-71.

139. Новрузова О.А., Новрузов А.Н., Рахманова О.Р., Галашев А.Е. Моле-кулярно-динамический расчет спектров поглощения ИК-излучения молекулярными кластерами // Химическая физика. 2007. Т. 26. № 7. С. 74-79.

140. Daniel J.S., Solomon S., Sanders R.W., Portmann R.W. Implifications for water monomer and dimer solar absorption from observations at Boulder, Colorado //J. Geophys. Res. 1999. V. 104. N. 14. P. 16785-16791.