Ворошилова Ю. В. Фізико-хімічні властивості та мікроструктура бінарних сумішей на основі імідазолієвих і піридинієвих іонних рідин з ацетонітрилом і метанолом

Об'єкт дослідження: закономірності формування макроскопічних властивостей, у першу чергу транспортних, в іон-молекулярних системах як функції складу компонентів і зовнішніх термодинамічних параметрів, а також розвиток методів комп'ютерного моделювання невпорядкованих конденсованих систем. Мета дослідження: встановлення закономірностей впливу температури, розчинника, структури та природи протиіонів на фізико-хімічні властивості, структуру та міжчастинкові взаємодії у бінарних системах іонна рідина - молекулярний розчинник. Методи дослідження та апаратура: кондуктометрія, класичне і квантове молекулярно-динамічне моделювання, квантово-хімічні розрахунки; кондуктометр, аналітичні ваги, водні термостати, комп'ютери. Теоретичні і практичні результати: знайдені граничні молярні та іонні провідності та константи асоціації можуть бути використані як стандартні довідкові дані. Встановлені закономірності у взаємному впливі катіонів та аніонів іонних рідин дозволяють прогнозувати максимум електричної провідності в сумішах іонних рідин з молекулярними рідинами, що є важливим для електрохімічного застосування. Отримані мікроскопічні дані можуть бути використані при розробці хімічних джерел струму та суперконденсаторів з поліпшеними експлуатаційними характеристиками. Розроблена методика генерування моделі силового поля і врахування зарядів на протиіонах може бути використана для будь-яких іонних рідин і сумішей на їх основі, що дозволить успішно моделювати подібні системи. Новизна: встановлено, що в усьому інтервалі складів - від чистих іонних рідин до їх нескінченно розведених розчинів - спостерігається один і той самий структурний мотив - контактна іонна пара іонної рідини з розташуванням аніона над імідазольним (піридиновим) кільцем катіона. Запропоновано нову універсальну методику розробки моделі силового поля для молекулярно-динамічного моделювання рідких середовищ з високою концентрацією електричного заряду, що враховує взаємну поляризацію в системі шляхом масштабування парціальних зарядів на атомах взаємодіючих іонів. Показано, що положення та величина максимуму на залежності питомої електричної провідності від мольної частки іонних рідин у сумішах з молекулярними розчинниками залежить від розміру катіона й аніона іонної рідини і пояснюється досягненням концентрації, за якої іони в системі вступають в контакт з утворенням складних асоціатів (кластерів). Ступінь упровадження: методичні та розрахункові підходи до врахування поляризаційних ефектів у високополяризованому середовищі впроваджені в навчальний процес хімічного факультету у рамках спеціального курсу: "Молекулярно-динамічне моделювання конденсованих невпорядкованих систем" за спеціальністю "Комп'ютерна хімія та молекулярний дизайн" для студентів 5-го курсу хімічного факультету за ОКР "Магістр" та "Спеціаліст". Сфера використання: результати можуть бути використані в наукових лабораторіях, які розробляють хімічні джерела струму.