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Structure of the hydrogen fluoride liquid/vapour interface investigated using molecular dynamics simulations
Elija Feigl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Computational Science
Betreuer*in
Marcello Sega
DOI
10.25365/thesis.52180
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12489.92672.245571-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Fluorwasserstoff ist eine der einfachsten molekularen Flüssigkeiten, die sich
jedoch durch seine lineare Geometrie und seinen ausgeprägten dipolaren
Charakter auszeichnet. Trotz der einfachen Molekülstruktur unterscheiden sich die
Eigenschaften der flüssigen Phase deutlich von anderen molekularen Flüssigkeiten.
Fehlendes Verständnis dieser Besonderheit liegt besonders in der Limitation der
experimentellen Untersuchung von Fluorwasserstoff begründet. In dieser Arbeit
wird, unter Verwendung von Molekular-Dynamik Simulationen, die Grenzfläche
zwischen flüssiger und gasförmiger Phase von Fluorwasserstoff untersucht. Um die
Simulation dieses Systems zu ermöglichen, wird ein bestehendes polarisierbares
Model für Fluorwasserstoffmittels eines klassischen Drude Oszillatorsmodifiziert.
Die hier präsentierten Ergebnisse sind die erste mikroskopischen Studie der
Grenzfläche zwischen flüssiger und gasförmiger Phase bei Fluorwasserstoff. Das
Modell reproduziert qualitativ die experimentell bestimmten thermodynamischen
Eigenschaften bei flüssig/gasförmig-Koexistenz, wobei besonders die Steigung
der Dampfdruckkurve und die niedrige Oberflächenspannung hervorzuheben
sind. Die niedrige Oberflächenspannung von Fluorwasserstoff führt zu einer
stark zerfurchten Grenzfläche und der Entstehung von Hohlräumen in der
flüssigen Phase. Trotz komplexer Morphologie und langwelliger Fluktuationen
der Grenzfläche kann mit Hilfe von Intrinsischer Analyse die Ausprägung stark
strukturierter, aufeinanderfolgender Schichten gezeigt werden. Untersuchung der
Netzwerkstruktur des simulierten Systems offenbart die Existenz langer, linearer
Ketten und stark verzweigter Cluster, die aufgrund der starken Polarität desModells
entstehen. Diese Strukturen können auch aus der Grenzregion herausragen und
sich deutlich in die gasförmige Region erstrecken, wodurch eine einzigartige
flüssig/gasförmig-Morphologie entsteht, die mit keiner anderen molekularen
Flüssigkeit vergleichbar ist.
Abstract
(Englisch)
Hydrogen fluoride is one of the simplest molecular liquids, however, it is
characterised by a linear geometry and a pronounced dipolar nature. Despite
the simplicity of its molecular structure, its properties in the liquid phase are
different from those of other molecular liquids. These peculiarities are not yet fully
understood, also due to technical limitations in its experimental investigation. In
this thesis, the liquid/vapour interface of hydrogen fluoride is investigated by means
of Molecular Dynamic simulations. To facilitate this, an existing polarizable model
with point dipoles is reimplemented using a classical Drude oscillator.
The reported simulation data represent the first microscopic investigation of the
liquid/vapour interface of hydrogen fluoride. The model reproduces qualitatively
the experimentally known thermodynamic properties of hydrogen fluoride at
liquid/vapour coexistence, most notably the slope of the vapour pressure and the
surface tension. The extremely low surface tension of hydrogen fluoride results in a
highly corrugated interface and in the occurrence of large spontaneously formed
void structures in the liquid phase. Intrinsic analysis of the interface shows the
presence of well structured successive layers despite a complex morphology and
long-wavelength surface fluctuations. A network analysis reveals the presence of
long linear chains, as well as heavily branched clusters in the liquid phase, caused by
the strong polarity of the model. These structures can protrude from the interface
and extend noticeably in the vapour region, generating a unique liquid/vapour
morphology, that is not seen in any other molecular liquid.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Molecular Dynamics Hydrogen Fluoride Interface Liquid/Vapour
Schlagwörter
(Deutsch)
Molekular-Dynamik Fluorwasserstoff Grenzfläche Flüssig/Gas
Autor*innen
Elija Feigl
Haupttitel (Englisch)
Structure of the hydrogen fluoride liquid/vapour interface investigated using molecular dynamics simulations
Paralleltitel (Deutsch)
Struktur der Flüssig/Gasförmig-Grenzregion von Fluorwasserstoff unter Verwendung von Molekular-Dynamik Simulationen
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
v, 97 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Marcello Sega
AC Nummer
AC15191711
Utheses ID
46079
Studienkennzahl
UA | 066 | 910 | |