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在分子层次解释Mpemba现象

已有 4540 次阅读 2016-12-18 12:36 |个人分类:localmode|系统分类:论文交流| localmode

Mpemba现象,即“温水比冷水结冰快”的现象,目前已经有很多不同角度的解释。最近,我们借助“局域模式”理论方法,把水中的氢键分为不同类型。基于这一结果并结合分子动力学(MD),我们在分子层次给出了Mpemba现象的解释。


MD模拟发现,随着温度增加,每个氢键个数减少,但是其中的强氢键的个数却显著增加了。例如对1000个水分子团簇的MD模拟表明,283K时有55100个氢键(占1626866个氢键总数的3.4%),而当温度升高到363K时,氢键增加到140151个(占1245680个氢键总数的11.3%)。


我们知道,在水结冰的过程中,水分子之间的静电相互作用为主的弱氢键会发生断裂,然后再重组成六边形。由于冷水含有更多的弱氢键,这一过程需要花更多的时间,消耗更多的能量。


细节参见J. Chem. Theory Comp. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jctc.6b00735





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