ИСТИНА

Перспективность численного моделирования структуры водных систем существенно ограничивает отсутствие экспериментальных методик, позволяющих проводить сравнительный анализ полученных результатов. Под структурой жидкости понимается характеристика взаимного расположения атомов и молекул в пространстве, позволяющая рассчитать все макроскопические параметры данного вещества [1]. Одной из таких характеристик раствора является функция радиального распределения входящих в его состав частиц. С ее помощью можно рассчитать все термодинамические параметры вещества, и, далее, сравнить с экспериментом. Однако с помощью функции радиального распределения нельзя описать ориентации молекул и их межмолекулярные связи. В жидкости данная информация содержится в сетке водородных связей. Поэтому она может являться характеристикой ориентаций частиц в водных средах, тогда как функция радиального распределения описывает их расположение в пространстве. Сетка водородных связей может быть однозначно охарактеризована набором водородо-связанных геометрических фигур, в вершинах которых находятся атомы кислорода молекул H2O, а ребрами являются водородные связи между молекулами воды [2]. По формализованным признакам, основанным на теории графов, каждый набор фигур можно выделить в отдельный структурный тип. С помощью их ранжирования можно выделить часто реализуемые и наименее реализуемые с течением временем типы сеток из водородных связей. В качестве объекта исследования были выбраны водные кластеры Na+(H2O)8 и K+(H2O)8. Их численное моделирование проводилось при температуре 300 К с помощью жесткой модели воды [3]. Для расчетов межмолекулярных взаимодействий молекул воды друг с другом и с катионом Na+ или K+ использовались атом-атомные потенциальные функции Полтева-Маленкова [4, 5]. В расчетах применялся жестко детерминированный начальными условиями генератор случайных чисел двойной точности [6]. Процесса гидратации моделировался путем генерирования равновесных при температуре 300 К конфигураций из молекул воды, взаимодействующих друг с другом и с гидратируемым ионом Na+ или K+. Их получение производилось методом Монте-Карло [7]. Из последовательно получаемых равновесных конфигураций с шагом 1000 формировалась 10000 выборка. Для натриевого кластера выявлены 171 часто встречающихся типов сеток водородных связей из 101128 их общего количества, а в калиевом кластере – 142 из 15883. Для часто, редко и всех встречающихся типов сеток из водородных связей построены функции радиального распределения, характеризующие расстояния от иона Na+ или K+ до центров атомов кислорода молекул воды R(I-O) и расстояния между их центрами атомов кислорода R(O-O). Установлено, что функции R(I-O) и R(O-O) для конфигураций с часто реализуемыми типами сеток из водородных связей сильно коррелированны (коэффициент корреляции больше 0,9) с аналогичными функциями для редко и всех реализуемых типов сеток из водородных связей. Однако каждая форма данных кривых индивидуальна и отражает особенность присутствующих в соответствующих наборах конфигураций кластеров типов сеток из водородных связей. С помощью настоящего структурного подхода представляется возможным определять термодинамические параметры водных сред для каждого типа сеток из водородных связей, т.е. исследовать связь данных о структуре жидкости с ее физико-химическими свойствами. Литература 1. Мартынов Г.А. Структура жидкости – что это такое? // Журнал структурной химии. Май-июнь 2002. Т. 43. №3. С. 547-556. 2. Хахалин А.В., Теплухин А.В. Исследование сеток водородных связей в водных кластерах, содержащих ион Na+ или K+ // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2006. № 1-2. С. 70-74. 3. Бушуев Ю.Г. Структурные особенности двух моделей воды и гидратных оболочек частиц (He, Ar, Xe) по данным метода Монте-Карло // Дис. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук. Иваново, 1990. 4. Poltev V.I., Grokhlina T.A., Malenkov G.G., Hydration of nucleic bases studied using novel potential functions. J. Biomolec. Struct. Dynam., 1984. V. 2. №2. P. 413-429. 5. Теплухин А.В., Маленков Г.Г., Полтев В.И. Атом-атомные потенциальные функции для моделирования взаимодействия ДНК с противоионами в водном растворе // Известия АН. Серия химическая. 1998. Вып. 11. С. 2166-2173. 6. Vetterling W.T., Flannery B.P., Teukolsky S.A. Numerical Recipes in C: The Art of Scientific Computing. William H. Press, Cambridge University Press, 1992. P. 281-282. –994 p. 7. Metropolis N., Rosenbluth A.W., Rosenbluth M.N., Teller A.H., Teller E.J. Chem. Phys., 1953. V. 21. P. 1087-1092.