Ученые из Московского физико-технического института, Института физической химии и электрохимии РАН, Ивановского государственного химико-технологического университета и Университета науки и техники им. короля Абдаллы предложили эффективную методику определения фундаментальных данных, необходимых для понимания физической и химической составляющих процессов с участием газообразных веществ.

Предложенная ими численная модель позволяет определить тепловой эффект реакции образования соединений в газообразном состоянии и их абсолютную энтропию. Для более чем 90 соединений эти значения получены впервые. Работа ученых опубликована в журнале Inorganic Chemistry.

Энтальпия и энтропия образования — это параметры соединений, которые позволяют охарактеризовать их поведения с физико-химической точки зрения. Зная эти параметры для некоторых веществ, можно, например, вычислить, пойдет та или иная реакция с их участием при определенных условиях. Для того, чтобы определить изменение энтальпии и энтропии, можно либо провести сложные и дорогостоящие измерения, либо, опираясь на данные из справочников, сделать несколько арифметических действий согласно закону Гесса. Однако не для всех веществ энтальпии и энтропии образования известны. Кроме того, даже если данные есть, никто не гарантирует их точность.

В своем исследовании ученые попытались решить эту проблему. Они предложили методологию, позволяющую повысить точность вычислений термодинамических характеристик неорганических и органических соединений. В качестве модели для вычислений исследователи взяли серебро и его соединения. Они использовали квантово-химические модели для решения уравнения Шредингера для нужной молекулы. Таким образом ученые рассчитывали полную электронную энергию молекулы, ее волновую функцию и пространственное положение ядер, то есть геометрическое строение молекулы. Эту информацию затем использовали для расчета энтальпии и энтропии.

«Классический метод связанных кластеров, CCSD(T), используемый для решения электронного уравнения Шредингера и являющийся «золотым стандартом» современной квантовой химии, был нами заменен на его локальную версию, DLPNO-CCSD(T), относительно недавно разработанную учеными из Института Макса Планка. Это позволило на порядок уменьшить необходимые вычислительные ресурсы. Время работы для канонического CCSD(T) зависит от размера системы. И время это получается равно размеру системы в седьмой степени, что не позволяло проводить расчеты для больших молекул. Локальная версия получилась намного менее ресурсоемкая», — отметил старший научный сотрудник лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ Юрий Миненков.