Search

The interview was taken on February 27, 2015 at the Faculty of Physics of Taras Shevchenko National University of Kyiv., Iнтерв’ю було взято 27 лютого 2015 року на фiзичному факультетi Київського нацiонального унiверситету iменi Тараса Шевченка.

Робота присвячена обговоренню природи самодифузiї в низькомолекулярних рiдинах. Особлива увага придiляється атомарним рiдинам типу аргону, рiдким металам та асоцiйованим рiдинам типу води. Пiдкреслюється, що коефiцiєнт самодифузiї усiх рiдин зазначеного типу є сумою двох складових: однiєї, що є зумовленою переносом молекул гiдродинамiчними вихровими модами, i другої, що породжується циркуляторним рухом локальних груп молекул. Обидвi складовi мають колективну природу, є генетично пов’язаними й вiдрiзняються мiж собою тiльки масштабами: першi є мезоскопiчними, другi – наноскопiчними. Обговорюється прояв колективного вихрового переносу молекул у специфiцi часової залежностi середньоквадратичного змiщення молекули. Подаються вагомi аргументи щодо неадекватностi активацiйного механiзму теплового руху молекул у низькомолекулярних рiдинах, доводиться внутрiшня суперечливiсть експоненцiальних залежностей для коефiцiєнтiв в’язкостi й самодифузiї. В усiх випадках перевага надається, перш за все, якiсним аргументам., The nature of the self-diffusion in low-molecular fluids is discussed. The particular attention is paid to atomic fluids (such as argon), liquid metals, and associated fluids (such as water). The self-diffusion coefficient in the fluids of all indicated types is considered to be the sum of two components: one of them is associated with the transfer of molecules by hydrodynamic vortex modes, and the other is generated by the circulatory motion of local molecular groups. The both components have a collective nature, they are genetically related to each other and differ only by their scales: the former is mesoscopic, the latter is nanoscopic. Manifestations of the collective vortical transport of molecules as specific features in the time dependence of the root-mean-square displacement of molecules are discussed. Sound arguments are proposed concerning the inadequacy of the activation mechanism of thermal molecular motion in low-molecular liquids. The immanent contradiction of exponential temperature dependences for the viscosity and self-diffusion coefficients is proved. In all cases, the preference is given to qualitative arguments.

The physical nature of a frequency shift of hydrogen valence vibrations in a water molecule due to its interaction with neighbor molecules has been studied. Electrostatic forces connected with the multipole moments of molecules are supposed to give a dominating contribution to the intermolecular interaction. The frequency shift was calculated in the case where two neighbor molecules form a dimer. The obtained result is in qualitative agreement with the frequency shifts observed for water vapor, hexagonal ice, and liquid water, as well as for aqueous solutions of alcohols. This fact testifies to the electrostatic nature of H-bonds used to describe both the specific features of the intermolecular interaction in water and the macroscopic properties of the latter., Робота присвячена дослiдженню фiзичної природи зсуву частот валентних коливань гiдрогенiв молекул води внаслiдок її взаємодiї з сусiднiми молекулами. Приймається, що домiнуючий внесок у мiжмолекулярну взаємодiю вноситься силами електростатичної природи, пов’язаними з iснуванням мультипольних моментiв молекул води. Розраховано величину зсуву частоти у випадку, коли двi сусiднi молекули води утворюють димер. Отриманий результат якiсно добре узгоджується з величиною зсувiв частот, якi спостерiгаються у парi, льодi та рiдкiй водi, а також у водних розчинах спиртiв [1–4]. Це свiдчить про те, що водневi зв’язки, за допомогою яких намагаються вiдтворити специфiку мiжмолекулярної взаємодiї у водi, а також її макроскопiчнi властивостi, формуються домiнуючим чином силами електростатичної природи.

The work presents the detailed analysis of the water dimer properties. Their parameters are investigated on the basis of a multipole interaction potential extended up to the quadrupole–quadrupole and dipole–octupole terms. All main equilibrium parameters of the dimer are obtained: its geometry, ground-state energy, dipole and quadrupole moments, vibration frequencies, etc. They are thoroughly compared with those obtained in quantum chemical calculations and from spectroscopic data. The efficiency of the present model potentials is discussed. A new viewpoint on the nature of the hydrogen bond is presented. The results of studies are thoroughly compared with the spectroscopic and computer simulation data., Робота присвячується детальному аналiзу властивостей димерiв води. Всi питання, пов’язанi з цiєю проблемою, дослiджуються на основi мультипольного потенцiалу, подовженого до квадруполь-квадрупольного та диполь-октупольного внескiв. Отримано значення всiх основнихрiвноважних параметрiв димеру води: його геометричних характеристик, енергiї основного стану, дипольного i квадрупольного моментiв, частот коливальних станiв тощо. Детально обговорюється адекватнiсть модельних потенцiалiв мiжмолекулярної взаємодiї у водi. Пропонується новий погляд на природу водневого зв’язку. Результати дослiдження ретельно зiставлено з даними спектроскопiчних дослiджень i комп’ютерних симуляцiй.

Робота присвячена дослiдженню властивостей водяної пари. Основна увага зосереджена на фiзичнiй природi її ефективної поляризовностi та теплоємностi при постiйному об’ємi. Встановлено, що специфiчнi температурнi залежностi цих характеристик зумовленi головним чином тепловими коливаннями димерiв води. У зв’язку з цим визначено нормальнi координати для коливань димера. Детально дослiдженi коливання дипольних моментiв димерiв та розглянуто їх внесок у дiелектричну проникнiсть водяної пари. Також враховано внесок мiжчастинкової взаємодiї до теплоємностi водяної пари. Аналiзуючи поведiнку ефективної поляризовностi та теплоємностi, визначено температурну залежнiсть концентрацiї димерiв вздовж лiнiї спiвiснування рiдина-пара. Помiтна димеризацiя в насиченiй водянiй парi вiдбувається лише за температури T/Tc > 0,8 (де Tc – критична температура). Важливо зазначити, що успiшне вiдтворення ефективної поляризовностi та теплоємностi може служити хорошим випробуванням для правильного опису концентрацiї димерiв в рiзних пiдходах., The properties of water vapor have been studied. The main attention is focused on the physical nature of the effective polarizability of water vapor and the heat capacity of water vapor at a constant volume, with a proper modeling of those parameters being a good test for a correct description of the dimer concentration in various approaches. Thermal vibrations of water dimers are found to be the main factor governing the specific temperature dependences of those characteristics, and the normal coordinates of dimer vibrations are determined. Fluctuations of the dipole moments of dimers and their contribution to the dielectric permittivity of water vapor are considered in detail. The contribution of the interparticle interaction to the heat capacity is taken into account. By analyzing the effective polarizability and the heat capacity, the temperature dependence of the dimer concentration at the vapor-liquid coexistence curve is determined. The noticeable dimerization in saturated water vapor takes place only at temperatures T/Tc > 0.8, where Tc is the critical temperature.

The work is devoted to the investigation of the physical nature of H-bonds. The H-bond potential ΦH (r, Ω ) is studied as an irreducible part of the interaction energy of water molecules. It is defined as a difference between the generalized Stillinger–David potential and the sum of dispersive and multipole interactionpotentials. The relative contribution of ΦH (r, Ω ) to the intermolecular potential does not exceed (10–15)%., Роботу присвячено дослідженню фізичної природи водневого зв'язку, який утворюється між молекулами води. Потенціал водневого зв'язку ΦH (r, Ω ) розглядається як незвідна частина енергії взаємодії молекул води, що визначається різницею між узагальненим потенціалом Cтілінджера та Девіда і сумою потенціалів дисперсійної та мультипольної взаємодій. Показано, що відносна величина внеску ΦH (r, Ω ) не перевищує (10–15)%.