Metanol Kümeleri Hakkında

Metanol, en basit yapılı alkoldür ve hidrojen bağı yapabilme özelliğine sahiptir. Hem katı, hem sıvı fazında doğrusal şekilde ve zig zag şeklinde dönen bir yapısı vardır. Sıvı haldeki yapısı, metil gruplarının kapalı-yapısı ile hidroksil gruplarının hidrojen bağı arasında bir uyum sergilemektedir.

Metanol bilinen bir çözücü ve sıkça çalışılan model bir moleküldür. Sıvı metanolün yapısını belirlemek için yapılan ilk bilgisayar simülasyon çalışmaları neredeyse yirmi beş yıl önce Monte Carlo metodu kullanılarak Jorgensen tarafından yapılmıştır. Metanolün ilk X-ışını çalışmaları ise bir kaç yıl sonra rapor edilmiştir. Daha sonra pek çok bilgisayar simülasyon çalışmaları, saf sıvı veya çözeltilerdeki bir bileşen olarak metanol için yapılmıştır

Jorgensen (1981); çalışmasında su, alkoller ve eterler için sıvı simülasyonlarında kullanmaya uygun olan “transfer edilebilir moleküler arası potansiyel fonksiyonları” (TIPS) rapor etmiştir. Çalışmasında etkileşim bölgeleri oksijenlere, hidroksil oksijenlere ve alkil gruplarındaki karbonlara yerleştirilmiştir. Saf sıvılar ve gaz fazındaki dimerler için uygun olan yapısal ve enerji ile ilgili sonuçlar vermesi için her bölgenin Coulomb ve LennardJones parametreleri hesaplanmıştır. TIP potansiyeli kullanılarak 25°C’ de sıvı su için bir Monte Carlo simülasyonu yapılmış ve deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Genel olarak, potansiyellerin transfer edilebilirliğine ve basitliğine bakıldığında, ilk sonuçlar en çok sıvıların davranışları açısından umut verici görünmektedir.

Daha sonraki çalışmalarından bir diğerinde Jorgensen (1986), daha önceki çalışmasına ek olarak birkaç yeni parametre eklemiştir ve bu parametrelerin optimizasyonunu yapmıştır. Ayrıca 25°C ve 1 atm’de sıvı metanol, etanol, 1- propanol, 2-propanol, ve 2-metil-2-propanol için Monte Carlo uygulaması yapılmıştır. Sıvı alkoller için geniş kapsamlı termodinamik ve yapısal sonuçlar verilmiş ve deneysel verilerle kıyaslanmıştır.

Haughney vd. (1987), sıvı metanol için daha sonra yapılmış olan dört farklı moleküler arası potansiyel modeli moleküler dinamik simülasyonunda kullanmıştır. Çalışmalarında termodinamik ve yapısal özelliklerle ilgili sonuçlar yayınlamışlar ve bu dört modelin deneysel verilerle uyumluluğunu araştırmışlardır. Çalıştıkları modellerden ikisinin birçok deneysel veriyle uyumlu olmayan sonuçlar verdiğini rapor etmişlerdir.

Daha sonraki yıllarda yapılmış olan bir çok simülasyon çalışmasında Jorgensen’ın potansiyel modeli kullanılmış ve daha büyük moleküllü sistemlere de uygulanmıştır. Zakharov vd. (1998) metanol kümeleri için moleküler dinamik simülasyonu ile yaptıkları çalışmada Jorgensen’ın OPLS potansiyel modelini kullanmışlardır. En fazla 512 molekül içeren boyutlarda 5 ayrı kümeyi iki farklı sıcaklıkta, 200 K ve 300 K, çalışmışlardır.

Shilov vd. (1999) sıvı metanol için Monte Carlo simülasyonu ile yaptıkları çalışmada hidrojen bağı ve yapı analizleri yapmışlardır. Metanolün hidrojen bağı ve topolojik yapısı ile dallanmış ve halkalı yapıları oluşumunu detaylı olarak analiz edilmiştir.

Kosztolányi vd. (2003) sıvı metanol ile moleküler-dinamik bilgisayar simülasyonları yapmıştır. Sıvının lokal yapısını, radyal dağılım fonksiyonları ve simüle edilmiş moleküler konfigürasyonlardan elde edilen komşu moleküllerin yoğunluk gösterimi yardımıyla bulmuşlardır. Hidrojen bağının boyutu, sıvıdaki hidrojen bağlı kümeleri oluşturan moleküllerin doğrudan analizi yapılarak araştırılmıştır. Bu analizlerden metanol moleküllerinin doğrusal zincir-benzeri yapılar oluşturduklarını gözlemlemişlerdir. Sonuçlarını deneysel verilerle doğrulamışlardır

Metanol molekülü ayrıca kuantum mekaniksel olarak da oldukça çok çalışılmış bir moleküldür. Hloucha vd. (2000) asetonitril ve metanol için abinitio bazlı bir potansiyel ile bilgisayar simülasyonu yapmışlardır. Yaptıkları Gibbs küme (ensemble) Monte Carlo simülasyonu ile metanolün doymuş sıvı yoğunluğu, sıvı-buhar faz davranışlarını tespit etmişlerdir.

Hagemeister vd. (1998) yoğunluk fonksiyonu teorisi hesaplamaları ile yaptıkları çalışmada iki ile beş arasında molekül içeren metanol kümelerinin yapılarını, bağ enerjilerini, titreşim frekanslarını ve infrared yoğunluklarını hesaplamışlardır. Halkalı, zincir, dallanmış-halkalı ve dallanmış-zincir hidrojen bağ yapılarını içeren on üç adet H-bağlı yapı çalışmışlardır. Trimer, tetramer ve pentamer metanolde halkalı yapının daha kararlı olduğunu göstermişlerdir. Tetramer ve pentamerde ikinci en kararlı minimum yapı dallanmış-halkalıdır. Zincir yapılar, hidrojen bağı kaybından ve kalan hidrojen bağlarının kuvvetinin daha az etkili olmasından dolayı halkalı yapıdan daha az kararlıdır