Simulations of Simple Fluids and Surface Forces
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
Kemi finns överallt omkring oss, både i vår omgivning såväl som inuti oss. Vi kanske inte alltid tänker på det, men kemiska processer påverkar oss dagligen och är en förutsättning för vår existens. Det kanske därför inte är så konstigt att människan alltid varit intresserad och fascinerad av just kemi. Ämnet kemi används dock inte bara för att förstå kemiska processer i vår omgivning utan används även för att tillverka olika mänskliga produkter (t.ex. läkemedel och datorer) som ska underlätta våra liv. Historiskt har kemi betytt mycket för
människans samhälleliga utveckling, där vi lyckats gå från stenålder, via järnåldern, till vår plast/kiselålder just tack vare kemi.
De flesta av oss tänker nog på kemiska reaktioner när de hör ordet kemi. Detta är så klart en stor del av kemin, men inte all kemi. En stor del av kemi handlar faktiskt inte om reaktioner mellan atomer och molekyler, utan
istället om interaktioner/växelverkningar mellan dessa. Det är t.ex. interaktioner som bestämmer om ett ämne är gas, flytande eller fast och det är interaktioner som tvättar ditt hår och dina kläder. Denna del av kemin som behandlar interaktioner, snarare än reaktioner, brukar kallas fysikalisk kemi, En annan del av kemin är teoretisk kemi. Teoretisk kemi är den del inom kemin där forskare använder sig av fysikaliska och matematiska modeller och teorier för att förutspå kemiska fenomen, oftast med hjälp av datorer, istället för att göra verkliga experiment. En metod man bland annat använder sig av inom teoretisk kemi är simuleringar. Detta är en metod där man sätter upp matematiska modeller som så mycket som möjligt ska försöka efterlikna ett systems beteende (t.ex. hur molekyler rör sig i ett visst medium). Fördelen är att man har stor kontroll över dessa system och att man kan få insikt i saker som annars kan vara svårt att mäta eller att se i verkligheten. I fallet med molekyler så är det ibland väldigt svårt att mäta på dessa, då de oftast är väldigt små och inte ens synliga i de skarpaste (optiska) mikroskopen på jorden. Ibland finns det också kostnads- och säkerhetsfördelar med att
utföra beräkningar eller simuleringar istället för verkliga experiment. Simuleringar kan också användas både för att testa enklare teorier och som ett komplement till ett experiment. Det senare då dagens kemiska experiment kan ibland vara svårtolkade utan hjälp från teorier och/eller simuleringar. När det handlar om teorier och simuleringar handlar det mycket om att försöka beskriva ett system på ett så lösbart och korrekt sätt som möjligt. För att göra det måste man oftast ta till olika så kallade approximationer, vilket bygger på antaganden och förenklingar av systemet. Detta måste göras med en viss insikt så att man inte förenklar bort viktiga fenomen. Denna avhandling behandlar ämnen som skulle kunna kategoriseras både som fysikalisk och teoretisk kemi. Teorier och approximationer från statistisk mekanik har använts för att studera och simulera klassiska (i mening av icke-kvantmekaniska) vätskor, dels för att förstå egenskaper hos dessa enkla vätskor i sig, men även för att se och förstå hur andra partiklar och ytor växelverkar med varandra i dessa. Egenskaper som studerats är bland annat hur man kan stabilisera mikropartiklar i vätskelösningar med hjälp av nanopartiklar, hur man kan få två olika laddade partiklar att repellera varan- dra med hjälp av salt och hur man kan lagra energi genom ladda upp två ytor med en jonis vätska emellan. Detta har gjorts pa ̊ ett grundläggande plan, men har stor betydelse fo ̈r ”riktiga/praktiska” system som t.ex. schampo, cement och batterier.
Kemi finns överallt omkring oss, både i vår omgivning såväl som inuti oss. Vi kanske inte alltid tänker på det, men kemiska processer påverkar oss dagligen och är en förutsättning för vår existens. Det kanske därför inte är så konstigt att människan alltid varit intresserad och fascinerad av just kemi. Ämnet kemi används dock inte bara för att förstå kemiska processer i vår omgivning utan används även för att tillverka olika mänskliga produkter (t.ex. läkemedel och datorer) som ska underlätta våra liv. Historiskt har kemi betytt mycket för
människans samhälleliga utveckling, där vi lyckats gå från stenålder, via järnåldern, till vår plast/kiselålder just tack vare kemi.
De flesta av oss tänker nog på kemiska reaktioner när de hör ordet kemi. Detta är så klart en stor del av kemin, men inte all kemi. En stor del av kemi handlar faktiskt inte om reaktioner mellan atomer och molekyler, utan
istället om interaktioner/växelverkningar mellan dessa. Det är t.ex. interaktioner som bestämmer om ett ämne är gas, flytande eller fast och det är interaktioner som tvättar ditt hår och dina kläder. Denna del av kemin som behandlar interaktioner, snarare än reaktioner, brukar kallas fysikalisk kemi, En annan del av kemin är teoretisk kemi. Teoretisk kemi är den del inom kemin där forskare använder sig av fysikaliska och matematiska modeller och teorier för att förutspå kemiska fenomen, oftast med hjälp av datorer, istället för att göra verkliga experiment. En metod man bland annat använder sig av inom teoretisk kemi är simuleringar. Detta är en metod där man sätter upp matematiska modeller som så mycket som möjligt ska försöka efterlikna ett systems beteende (t.ex. hur molekyler rör sig i ett visst medium). Fördelen är att man har stor kontroll över dessa system och att man kan få insikt i saker som annars kan vara svårt att mäta eller att se i verkligheten. I fallet med molekyler så är det ibland väldigt svårt att mäta på dessa, då de oftast är väldigt små och inte ens synliga i de skarpaste (optiska) mikroskopen på jorden. Ibland finns det också kostnads- och säkerhetsfördelar med att
utföra beräkningar eller simuleringar istället för verkliga experiment. Simuleringar kan också användas både för att testa enklare teorier och som ett komplement till ett experiment. Det senare då dagens kemiska experiment kan ibland vara svårtolkade utan hjälp från teorier och/eller simuleringar. När det handlar om teorier och simuleringar handlar det mycket om att försöka beskriva ett system på ett så lösbart och korrekt sätt som möjligt. För att göra det måste man oftast ta till olika så kallade approximationer, vilket bygger på antaganden och förenklingar av systemet. Detta måste göras med en viss insikt så att man inte förenklar bort viktiga fenomen. Denna avhandling behandlar ämnen som skulle kunna kategoriseras både som fysikalisk och teoretisk kemi. Teorier och approximationer från statistisk mekanik har använts för att studera och simulera klassiska (i mening av icke-kvantmekaniska) vätskor, dels för att förstå egenskaper hos dessa enkla vätskor i sig, men även för att se och förstå hur andra partiklar och ytor växelverkar med varandra i dessa. Egenskaper som studerats är bland annat hur man kan stabilisera mikropartiklar i vätskelösningar med hjälp av nanopartiklar, hur man kan få två olika laddade partiklar att repellera varan- dra med hjälp av salt och hur man kan lagra energi genom ladda upp två ytor med en jonis vätska emellan. Detta har gjorts pa ̊ ett grundläggande plan, men har stor betydelse fo ̈r ”riktiga/praktiska” system som t.ex. schampo, cement och batterier.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2011
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Department of Chemistry, Lund University
Ämne
- Theoretical Chemistry
Nyckelord
- Molecular modeling
- Surface Forces
- Dielectric Constant
- Charge Capacitance
- Charge Regulation
- Hypersphere
- Statistical mechanics
- Intermolecular interactions
- Col- loidal Stability
- Simulations
- Fluids
Status
Published
Handledare
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7422-265-4
Försvarsdatum
24 mars 2011
Försvarstid
10:30
Försvarsplats
Lecture Hall B, Chemical Center, Lund
Opponent
- Leo Lue