Dit is eigenlijk een actief onderzoeksgebied voor waterclusters. In principe zou er voor $ \ ce {(H2O) _ {n}} $ een "smeltende" faseovergang moeten zijn, net als voor ijs naar vloeibaar water.

Dus in principe, als je had een theoretische methode die nauwkeurig genoeg is, je zou moleculaire dynamica kunnen doen en zien wanneer het smeltpunt van het cluster overeenkomt met bulkwater.

Het lijkt me lastig om een ​​lijn te definiëren tussen vloeistof en gas, maar ik doe geen statistische mechanica, en misschien zijn er moleculaire dynamische technieken om een ​​kookpunt te definiëren.

Het definiëren van de vaste-vloeistoffase-overgang is veel gemakkelijker, omdat de radiale verdelingsfunctie van het systeem kan worden gecontroleerd om de overgang te zien (dwz de densiteitsveranderingen).

Op dit moment denk ik niet dat de beste dynamische methoden de smeltende overgangen nog nauwkeurig krijgen, maar ik denk dat n ~ 20 ongeveer goed is. Ik zal dit herzien als ik een beter antwoord krijg.

無

Hoeveel zandkorrels zijn er nodig om een ​​hoop te maken?

De vraag is onzinnig, omdat een fase van materie een emergente eigenschap is van een verzameling atomen of moleculen, net zoals een hoop zijn een opkomende eigenschap is van een hoop zand.

Voeg daar aan toe dat 'molecuul' in ieder geval een beetje vaag is, en je hebt een wereld- klasse puinhoop op je handen.

Natuurlijk, het is vrij duidelijk wat de eenheid van C ₂ H ₅ OH is, en dat het een molecuul is, maar wat is voor NaCl de eenheid? Wat is het "molecuul"? Is er een?

Hoe zit het met polymeren of diamanten? Is een diamant met zijn veelvoud aan covalente bindingen een enkel molecuul? Is het veel? Is (C ₃ H ₆ ) _n n moleculen, of één?

Ik ben bang dat de vraag je leidt in een filosofisch konijnenhol dat veel verder gaat dan de wetenschap van scheikunde.

360 ... ik zal het uitleggen.

Zoals Geoff Hutchison opmerkte, is een plaats om naar dit soort dingen te zoeken de literatuur over moleculaire dynamica. Zijn antwoord is zeker correct, maar ik zal het uitbreiden op basis van een aantal artikelen die ik in het verleden heb bekeken.

Dat getal 360 werkt eigenlijk alleen als een bovengrens voor water wanneer je de eigenschappen van vloeibaar water of ijs.

In moleculaire dynamica behandelt men alle moleculen met alleen klassieke, Newtoniaanse interacties, maar je moet nog beslissen welke vrijheidsgraden je moleculen geeft. Een veelgebruikt model van water wordt bijvoorbeeld het TIP4P / 2005-model genoemd. De details hier zijn niet belangrijk, behalve dat ze ons moeten vertellen hoe goed hun model vloeibaar water simuleert wanneer ze dit model introduceren.

In dat artikel dat gratis online is, simuleer vloeibaar water met 360 van hun TIP4P / 2005 watermonomeren (met een kleine draai die ik hieronder zal uitleggen) en behaal vrij goed succes bij het matchen van de experimentele eigenschappen van vloeibaar water in bulk. Ze komen bijvoorbeeld overeen met de enthalpie van verdamping over een breed temperatuurbereik en vinden een maximale dichtheid boven het vriespunt van water, wat vaak een zeer moeilijke eigenschap is om te simuleren.

Nu, de draai I had het over. Bij moleculaire dynamica moet men molecuul (s) in een doos plaatsen en de simulatie uitvoeren. Dit levert echter een probleem op omdat moleculen nooit beperkt zijn tot een willekeurig kader. Een veelgebruikte techniek is dus om deze box te spiegelen bij het uitvoeren van de simulatie om het oppervlak waar er randen zijn veel kleiner te maken dan het totale volume waar er moleculen zijn. Dit betekent dat er in dit artikel waarnaar ik heb gelinkt slechts 360 unieke monomeren zijn, maar dat de eigenschappen afkomstig zijn van een groter effectief aantal wateren.

Geoff Hutchison noemde het getal 20, wat volgens mij wat laag is voor water (hoewel hij zeker meer chemie kent dan ik), aangezien er gasfase-waterclusters zijn die uit 21 (en meer) wateren bestaan. Zie Cui, J., Liu, H., & Jordan, K. D. (2006). Theoretische karakterisering van de (H2O) 21-cluster: toepassing van een ontledingsprocedure voor n-lichamen. The Journal of Physical Chemistry B, 110 (38), 18872-18878. voor een studie van een van deze grotere clusters (dit werd eigenlijk gedaan door andere onderzoekers van Pitt).

Het idee Echter, naarmate deze clusters groter en groter worden, benaderen hun eigenschappen de eigenschappen van bulkwater. Je zou bijvoorbeeld het argument kunnen aanvoeren dat plaatselijk enkele van de watermoleculen in een groter cluster zoals $ \ ce {(H_2O) 21} $ zich gedragen alsof ze zich in bulkwater bevinden.

Een andere manier om de vraag te beantwoorden is via spectroscopische middelen. Dan wordt de vraag: wat is het kleinste aantal moleculen dat men met elkaar kan associëren en het absorptiespectrum voor de bulkfase kan reproduceren? Met zoiets als water, als men alleen de grote kenmerken in een infrarood absorptiespectrum wil reproduceren, zou ik dit aantal rond de 60 zetten, omdat dit betekent dat je 180 unieke trillingsfrequenties krijgt die bijdragen aan het spectrum, wat, als je je ogen, ziet er misschien goed uit.

Ten slotte, omdat ik deze vraag leuk vind, moet ik zeggen dat ik het niet eens ben met het andere nogal cynische antwoord. Ik denk dat elke keer dat je in deze konijnenholen valt van vragen die onbeantwoordbaar lijken, dat komt doordat de vraag nog niet goed genoeg is gedefinieerd.

Wat computationele chemie betreft, kunt u periodieke randvoorwaarden gebruiken om vaste stoffen en vloeistoffen te simuleren. Voor kristallijne vaste stoffen heb je alleen de inhoud van de eenheidscel nodig, die misschien maar één deeltje is. Hoewel dit systeem enkele aspecten van een bulkfase zou omvatten, zullen ze b.v. de brede verdeling van kinetische energieën met een bepaald gemiddelde, dus er zullen beperkingen zijn.

Wat betreft experimentele chemie, veel grootheden en concepten die we duidelijk begrijpen in een bulkfase-verandering. Als ik bijvoorbeeld een bulkoplossing doormidden deel, bevat elke helft dezelfde concentraties opgeloste stof. Dat is niet het geval met een fase die slechts een handvol opgeloste moleculen bevat. Als een gasfase slechts twee moleculen heeft, is het moeilijk om druk en temperatuur te definiëren. Voor vaste stoffen en vloeistoffen worden oppervlakte-effecten veel belangrijker omdat een groot deel van de moleculen zich aan het oppervlak bevindt.

Zelfs in zoiets groots als een bacteriële cel (volume rond $ 10 ^ {- 15} $ liter met ongeveer $ 3 \ maal 10 ^ {10} $ watermoleculen), heb je niet langer te maken met een bekende bulksituatie voor moleculen in lage concentraties (bijv. slechts één of twee moleculen DNA, slechts een handvol van de zeldzamere enzymen enz.).