Ocenili smo pravilnost teorijskih napovedi za strukturo tekočega n-butanola, ki sledijo iz modelnih računov, ki vključujejo različna polja sil: GROMOS96- 54a7, CHARMM27, OPLS-AA, AMBER03 in TraPPE-UA. Za ta namen smo izvedli računalniške simulacije molekulske dinamike modelnega alkohola ter meritve ozkokotnega in širokokotnega rentgenskega sipanja tekočega n-butanola. Rentgensko sipanje modelnih sistemov smo izračunali z uporabo metode 'dopolnjenega sistema', ki smo jo razvili v naši skupini in ki služi za določitev sipanja konfiguracij, ki so rezultat računalniških simulacij. Primerjava med teorijskimi in eksperimentalnimi rezultati kaže, da vsi testirani modeli reproducirajo osnovne značilnosti experimentalnih sipalnih funkcij, manjše kvalitativne in tudi znatne kvantitativne razlike med njimi gre pa pripisati različnim parametrizacijam posameznih modelov. Rezultate simulacij smo predstavili in razložili tudi z radialnimi in prostorskimi porazdelitvenimi funkcijami ter s podatki o pogostosti pojavljanja vodikove vezi.
COBISS.SI-ID: 1537336771
V tem delu smo z uporabo modela biserne ogrlice analizirali eksperimentalne rezultate ozkokotnega rentgenskega sipanja treh industrijsko zelo pomembnih polisaharidov. Rezultati so pokazali uspešnost tega modela pri interpretaciji meritev sipanja treh sistemov, ki se s strukturnega vidika obnašajo zelo različno. Izračunano sipanje z uporabo tega modela se je dobro ujemalo z eksperimenti tudi v področjih sipalnega vektorja, v katerih klasični približki za interpretacijo eksperimentalnih rezultatov ozkokotnega rentgenskega sipanja ne dajo zadovoljivih rezultatov. Z ustreznim 3D prikazom smo tudi nazorno pokazali rezultirajoče konformacije teh polisaharidov v vodi. Ta raziskava je pomembna iz dveh vidikov: (i) zaradi uporabljene metodologije, in (ii) ker razkriva podrobne informacije o strukturi biopolimerov, ki so široko uporabni v industriji.
COBISS.SI-ID: 1537414339
Razvili smo statistično-mehanski model vode (kletkasta voda) s posebnim opisom vodikovih vezi in Lennard-Jonesovih interakcij. Model pravilno napove energijske, volumetrične in anomalne lastnosti vode. Ker je obravnava analitična, rezultate računov dobimo praktično v trenutku. V primerjavi s simulacijami in eksperimenti model predstavlja napredek v razumevanju lastnosti vode.
COBISS.SI-ID: 1538049987
V tem delu smo raziskovali strukturne in reološke lastnosti terminalnih 1,n-diolov od etan-1,2-diola do pentan-1,5-diola z uporabo eksperimentalne tehnike ozkokotnega in širokokotnega rentgenskega sipanja (metoda SWAXS) in računalniške simulacije molekulske dinamike (MD) modelnega sistema polja sil TraPPE-UA. Z našo uveljavljeno metodo 'dopolnjenega sistema' smo iz rezultatov simulacij izračunali modelne sipalne funkcije, katerih pravilnost smo preverjali z njihovo primerjavo z eksperimentalnimi podatki SWAXS. Strukturne značilnosti obravnavanih diolov, ki smo jih dobili s teorijsko metodo izenačitve kontrasta, smo primerjali z rezultati pripadajočih primarnih alkoholov (mono-olov), ki smo jih opisali v enem od prejšnjih del (Tomšič M., et al., 2007). Primerjava je pokazala, da ima dodatna -OH skupina zelo velik vpliv na strukturo, saj izdatnejše povezave z vodikovimi vezmi povzročijo kompaktnejšo supramolekularno strukturo, ki pa je z naraščajočo dolžino alkilne verige vse bolj nehomogena. Z uporabo neravnotežne periodične perturbacijske metode MD smo za modelne 1,n-diole izračunali tudi viskoznost, ki je odvisna od strižne hitrosti. Viskoznost pri strižni hitrosti nič, ki smo jo dobili z ekstrapolacijo, smo primerjali z eksperimentalnimi podatki, in na ta način dobili vpogled na vpliv strukture diolov na njihovo viskoznost. Bolj iztegnjene strukture povzročijo veliko povečanje viskoznosti. Rezultati so pokazali, da imajo terminalni 1,n-dioli veliko večjo viskoznost kot analogni mono-oli. Vzrok je v več -OH skupinah, ki povzročijo povezovanje med zaporednimi agregati molekul povezanih z vodikovimi vezmi.
COBISS.SI-ID: 1538077635
Razvili smo statistično-mehanski model, ki opisuje termične in volumetrične lastnosti vodi podobnih molekul. Molekule so predstavljene kot kroglice s štirimi veznimi rokami in interagirajo med sabo z van der Waalsovimi interakcijami in orientacijsko-odvisnimi vodikovimi vezmi. Ta pretežno analitični model je nadgradnja dvo-dimenzionalne različice, ki smo jo razvili pri prejšnjih raziskavah. Raziskali smo lastnosti, kot so molski volumen, gostota, toplotna kapaciteta pri konstantnem tlaku, termični razteznostni koeficient in izotermna stisljivost v odvisnosti od temperature in tlaka. Ugotovili smo, da spremembe teh količine kažejo enake temperaturne trende, kot jih lahko opazimo pri pravi vodi, ter da se ujemajo z rezultati simulacije Monte Carlo, vključno z gostotno anomalijo, minimumom v izotermni stisljivosti in padanjem števila vodikovih vezi z naraščajočo temperaturo.
COBISS.SI-ID: 1537232067