Molekylærdynamiske studier av vann- adsorpsjon på hematitt
Abstract
I denne oppgaven ser en på hva som skjer på overflaten av en hematittstruktur som blir utsatt for vann. Hematitt er en av strukturene mellom jern og oksygen som i dagliglivet omtales som rust. Sammenlignet med andre jernoksyder i rust er den dominerende i mengde og stabilitet og derfor valgt som representativ enkeltkomponent. Rusten kan en finne igjen overalt på f.eks innsiden av gasstransportrør i industrien. Dette er et interessant å se på da en ut i fra en kondensert vannfase på røroverflaten i et rør som transporterer naturgass kan få hydratdannelse. I begynnelsen måtte en finne en hematittstruktur som en kunne bygge videre på. Det ble forsøkt å bygge en struktur fra bunn av men en fant ut etter hvert ved litt søk på internett at en kunne benytte seg av en struktur av en enhetscelle funnet ved American mineralogist crystal structure databasexiii. Den videre byggingen av hematitt-krystallen ble utført ved hjelp av et program som heter CrystalMakerxiv. Her måtte en kjøpe en studentlisens. I denne oppgaven har en benyttet seg av kvantemekaniske beregninger for å kunne produsere de ladningene som hematittstrukturen måtte ha for å kunne simulere et så reelt system som mulig. Det ble forsøkt litt forskjellige programpakker for å komme frem til den som fungerte best, som i dette tilfellet var et program som Jaguarxv. Maestroxvi er et grafisk fremstillingsprogram der Jaguar er det man benytter til de kvantemekaniske beregningene. Etter at krystallen var blitt som en ønsket det, og ladningene til atomene var funnet gikk en så videre med et program som het MD43xviii. Dette programmet mates med en input fil som tok for seg hematitt og vann, og som er skrevet etter de resultatene en ønsker å produsere. MD43 er et simuleringsprogram som kjører forsøkene for oss. Dette er ganske tidkrevende men nødvendig da disse resultatene skulle brukes videre til den termdynamiske integreringen som igjen skulle gi ut kjemisk potensial for vann ved ønsket temperatur. I tillegg var det her også ønskelig å ta for seg en del RDF for noen utvalgte temperaturer for å se på fordelingen av atomer i forhold til andre atomer. Resultatene her skulle sammenlignes med de som Haynes kom frem til i sin oppgave hva angår dette med kjemisk potensial for vann i systemet [29]. Han hadde benyttet seg av en litt annen innfallsvinkel for å finne ladningene til atomene i hematitten. Videre i oppgaven tok en for seg en mye større krystall. Den ble laget til for at en skulle kunne simulere et system bestående av vann og en hematittkrystall,der begge systemene hadde bulkegenskaper. Krystallen ble også her bygd ved hjelp av CrystalMaker og en benyttet seg av de samme ladningene som var funnet ved hjelp av Jaguar for den lille hematittkrystallen. En ønsket å se på hvordan vann ble omstrukturert på hematittkrystallen samt at en ønsket også å se om vann hadde noen innvirkning på hematitten. Dette kunne en gjøre ved å ta i bruk tetthetsprofiler for systemet. Ved hjelp av grafisk fremstilling i VMD samt noen RDF vil en se på hvordan vannmolekylene strukturerer seg rundt hematittkrystallen. I tillegg ville en også finne excess og adsorbsjonsenergi for dette store systemet. Programmet som ble benyttet i denne omgang var også MD43. Før en kunne komme frem til noen fornuftige resultater ble det prøvd og feilet en del med systemet men etter hvert klarte en å finne det en var på jakt etter. Systemet er stort så det tok en del uker med simulering før en...
Publisher
The University of BergenCopyright
The autor.Copyright the autor. All rights reserved