Hidrojen bağı kurabilen moleküler sıvıların yapısal özelliklerinin moleküler simülasyonlarla incelenmesi

Abstract

Su ve suya benzer davranışa sahip alkoller basit kimyasal yapılara sahiptirler. Buna rağmen, saf halde ve karışımlarda tahmin edilmesi zor olan çeşitli fiziksel özellikler barındırırlar. Özellikle su, farklı sıcaklıklarda sıvı-sıvı geçişleri olarak bilinen, farklı yoğunluktaki alanları içeren faz geçişleri sergiler. Buna benzer şekilde, basit alkollerden metanolün yoğunluk anomalileri gösterdiği bilinmektedir. Bu davranışların temelinde van der Waals, elektrostatik ve hidrojen bağı gibi bağsız kuvvetler olduğu kabul edilse de hangi koşullar altında nasıl davranacağını öngörmek için gereken bilimsel bir bilgi kısıtlıdır. Bu bağlamda tez kapsamında, bu tür anormal davranışlara sahip temel sıvıları daha iyi anlamak için kaba-taneli bir simülasyon yaklaşımı geliştirmek amaçlanmıştır. Diğer bir deyişle, tezin amacı bilgisayar simülasyonlarını kullanarak su-su ve alkol-alkol karışımlarında görülen yapısal anormallikleri araştırmak için bir kaba-taneli hesaplama yöntemi geliştirip sunmaktır. Bu araştırma kapsamında geliştirilecek araçlarla moleküler düzeyde bu tür davranışlar hakkında sağlıklı bilgi edinmek mümkün olacaktır. Ayrıca, deneysel araştırmaların yetersiz kaldığı durumlarda moleküler modelleme araçları kullanılabilir hale gelecektir.

The chemical structures of water and alcohols with water-like behavior are simple. However, they have various physical properties that are difficult to predict in their pure form and in mixtures. In particular, water exhibits phase transitions involving areas of different densities, known as liquid-liquid transitions at different temperatures. Similarly, methanol of simple alcohols is known to show density anomalies. Although it is accepted that these behaviors are based on non-bonded forces such as van der Waals, electrostatics and hydrogen bonding, the scientific knowledge required to predict how it will behave under which conditions has not yet been developed. In this context, this thesis aims to establish a coarse-grained simulation approach to better understand these elementary fluids with such strange behavior. The aim of the thesis is to develop and present a computational tool to investigate the structural anomalies seen in water-water and alcohol-alcohol mixtures using computer simulations. With the tools to be developed within the scope of this thesis, it will be possible to obtain viable information about such behaviors at the molecular level. In addition, molecular modeling tools will become available, where experimental research is insufficient.