Θεωρητικοί υπολογισμοί σε ανόργανα υλικά
Authors: Λιάκος Δημήτριος 
Published: January 2014

Η παρούσα εργασία αποτελείται από επτά κεφάλαια. Τα δύο πρώτα κεφάλαια περιέχουν το θεωρητικό υπόβαθρο ενώ τα υπόλοιπα πέντε περιέχουν αποτελέσματα από την δική μας εργασία. Στην εργασία αυτή ο βασικός στόχος ήταν ο θεωρητικός υπολογισμός σε ανόργανα υλικά. Για τον σκοπό αυτό κάναμε υπολογισμούς σε δύο κυρίως μεγάλες κατηγορίες από ανόργανες ενώσεις. Η μία από αυτές ήταν τα διάφορα είδη γυαλιών και η δεύτερη οι πλειάδες του ρηνίου. Παρακάτω αναφέρονται περιληπτικά τα περιεχόμενα αυτής της εργασίας. Στο πρώτο κεφάλαιο αναπτύσσεται η λογική των θεωρητικών υπολογισμών και γίνεται η διάκριση μεταξύ ημιεμπειρικών και ab initio μεθόδων. Αναφέρεται αρχικά η βάση όλων σχεδόν των θεωρητικών μεθόδων, η θεωρία δηλαδή που αναπτύχθηκε από τους Hartree και Fock. Στην συνέχεια, αφού αναλύονται οι περιορισμοί αυτής της θεωρίας, αναπτύσσονται συνοπτικά οι πιο σημαντικές θεωρίες που έχουν χρησιμοποιηθεί για την ακόμη ακριβέστερη πρόβλεψη των ιδιοτήτων των μορίων. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται ξεχωριστά και σε μεγαλύτερη έκταση η θεωρία του συναρτησοειδούς της πυκνότητας. Γίνεται ιστορική αναδρομή ξεκινώντας από το πρώτο μοντέλο από τους Thomas και Fermi μέχρι την δομή και την λογική πίσω από τα σύγχρονα συναρτησοειδή που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς μας. Λίγο πρίν το τέλος του κεφαλαίου αναφέρεται η χρησιμότητα της θεωρίας συναρτησοειδούς πυκνότητας στην ανόργανη χημεία και ιδιαίτερα στα σύμπλοκα των στοιχείων μεταπτώσεως με την βοήθεια και πρωτότυπων υπολογισμών. Το τρίτο κεφάλαιο αποτελεί ουσιαστικά την εισαγωγή στο ένα μέρος της εργασίας μας, αυτό που αφορά τα γυαλιά. Έτσι δίνονται μερικές περιληπτικές γνώσεις γύρω από την υαλώδη κατάσταση, αναλύονται οι διάφορες θεωρίες που έχουν αναπτυχθεί για αυτά και αναπτύσσονται τα θεωρητικά προβλήματα που υπάρχουν με τα γυαλιά γενικότερα Τέλος παρουσιάζεται και ο λόγος για τον οποίο εμείς ασχοληθήκαμε καθώς και ο τρόπος με τον οποίο προσπαθήσουμε να το αντιμετωπίσουμε. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τους υπολογισμούς που κάναμε για την δομή του υαλώδους τριοξειδίου του βορίου. Χρησιμοποιήσαμε διάφορα μοντέλα που περιείχαν εκατό συνολικά άτομα το κάθε ένα και καταλήξαμε σε τρείς πιθανές δομές για το υλικό αυτό. Για τις δομές αυτές στα πλαίσια της εξέτασης των δομών αυτών υπολογίσαμε την ενέργεια, το υπέρυθρο φάσμα αλλά και το φάσμα Raman, την διαστατικότητα της δομής, των αριθμό των δεσμών για το κάθε άτομο, αλλά και σφαιρική συνάρτηση κατανομής και τις συναρτήσεις κατανομής ζευγών για όλα τα πιθανά ζεύγη. Από τους υπολογισμούς αυτούς βγήκε το συμπέρασμα ότι οι ιδιότητες και των τριών δομών ταιριάζουν πολύ καλά με τα πειραματικά αποτελέσματα. Στο επόμενο κεφάλαιο μελετήσαμε γυαλιά η σύσταση των οποίων δίνοταν από τον τύπο . Για το υλικό αυτό είχαμε σε παλαιότερη εργασία μας καταλήξει σε τέσσερις δομές για τις οποίες όμως μπορέσαμε με την βοήθεια του λογισμικού που είχαμε αναπτύξει να κάνουμε εκτενέστερο έλεγχο των ιδιοτήτων τους. Έτσι υπολογίσαμε και εδώ αναλυτικά όλες τις γεωμετρικές παραμέτρους των δομών μέσων των σφαιρικών συναρτήσεων κατανομής αλλά και των συναρτήσεων κατανομής ζευγών. Το έκτο κεφάλαιο μαζί με το έβδομο αποτελούν το κομμάτι της εργασίας μας που αφορούσε τις πλειάδες του ρηνίου. Στο έκτο κεφάλαιο ασχοληθήκαμε με την διαλυτόλυση της πλειάδας και ειδικά την θέση την οποία καταλαμβάνουν τα μόρια του ύδατος που αντικαθιστούν άτομα χλωρίου. Βρήκαμε ότι η στερεοχημεία της αντίδρασης αυτής καθορίζεται κυρίως από κινητικούς παράγοντες όπως η ευκολία απόσπασης των χλωρίων, και όχι από θερμοδυναμικούς, όπως η σχετική σταθερότητα των διαφόρων δυνατών ισομερών μεταξύ τους. Με αυτό τον τρόπο μπορέσαμε να εξηγήσουμε την πειραματικά παρατηρούμενη στερεοχημεία. Στο τελευταίο κεφάλαιο αυτής της εργασίας θελήσαμε να εξηγήσουμε το πειραματικό δεδομένο της αλλαγής της στερεοχημείας της διαλυτόλυσης της προηγούμενης πλειάδας όταν αυτή αρχικά ανάγεται κατά ένα ηλεκτρόνιο παράγοντας την πλειάδα . Αυτό μπορέσαμε να το κάνουμε μέσων της μελέτης των τροχιακών των πλειάδων αλλά και της σχετικής ισχύος των δεσμών των αξονικών αλλά και των ισημερινών χλωρίων με τα ρήνια. Το συμπέρασμα ήταν ότι η αλλαγή στην στερεοχημεία προκαλείται λόγω της εξασθένισης του κινητικού παράγοντα και της ταυτόχρονης ισχυροποίησης του θερμοδυναμικού παράγοντα.