Статья «Механизмы удержания ионов в кластерах молекул воды на фоне термических флуктуаций в плоской нанопоре, "Коллоидный журнал"»

Методом Монте-Карло рассчитан потенциал средней силы взаимодействующих ионов Na+ и Cl в плоских модельных нанопорах с бесструктурными стенками, находящихся в материальном контакте с парами воды при комнатной температуре и температуре выше точки кипения воды. Для описания взаимодействий применена детализированная непарная модель, калиброванная по экспериментальным данным для свободной энергии реакций присоединения и квантово-химическим расчетам. Диссоциация становится возможной с увеличением плотности пара, при втягивании в поле ионов достаточного количества молекул и в условиях нанопоры происходит раньше, чем в объемных парах воды. Гидратация обеспечивает низкую энергию диссоциированного состояния, однако энтропийная составляющая в свободной энергии частично компенсирует падение внутренней энергии, повышая устойчивость контактной ионной пары. После диссоциации контактной ионной пары (CIP) ионы продолжают удерживаться в пределах кластера в состоянии разделенной растворителем ионной пары (SSIP). Флуктуации числа втянутых молекул пара, скоррелированные с флуктуациями межионного расстояния, обеспечивают устойчивость состояний SSIP по отношению к рекомбинации, а ослабление экранирования поля ионов в условиях нанопоры делает состояния SSIP более устойчивыми к распаду кластера. Условия нанопоры оказывают стимулирующее действие на переход ионной пары из состояния CIP в состояние SSIP за счет перераспределения статистических весов в пользу расположения молекул в межионном промежутке. Таким образом, в условиях нанопоры устойчивость состояний SSIP повышается как по отношению к рекомбинации ионов, так и по отношению к распаду ион-молеку-лярного ассоциата.