Gaussian tipi orbitaller bazında ab-initio yaklaşımı kullanılarak virial katsayılarındaki moleküller arası  potansiyel parametrelerinin belirlenmesi ve uygulamaları
Determination of intermolecular potential parameters in virial coefficients using ab-initio approach based on Gaussian type orbitals and applications
Yazar: EBRU KARATAŞ
Danışman: PROF. DR. BAHTİYAR MEHMETOĞLU ; DOÇ. DR. ELİF SOMUNCU
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Moleküller arası etkileşim potansiyellerinin belirlenmesi atom ve moleküllerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin incelenmesinde son derece önemli bir yere sahiptir. Fakat bu etkileşim potansiyellerine dahil olan parametrelerin belirlenmesi hem deneysel hem de teorik olarak incelemek oldukça zordur. Bu çalışmada, moleküller arası etkileşim potansiyellerine dahil olan parametrelerin belirlenmesi için gelişmiş kuantum mekaniksel yaklaşımlar kullanılarak yeni bir yöntem geliştirilmiştir.  Fizikte, atom ve moleküler bir sisteme ait termofiziksel ve termokimyasal özelliklerin belirlenmesinde pek çok durum denklemi önerilmiştir. Bu durum denklemlerinden biri de virial durum denklemidir. Bu denklemde bulunan virial katsayıları kullanılarak moleküller sistemlere ait fiziksel ve kimyasal özellikler belirlenebilir. Virial katsayıları hesaplanırken çeşitli molekül veya atomların yapısal özelliklerine göre moleküller arası etkileşim potansiyelleri kullanılmaktadır. Virial katsayılarının hesaplanabilmesi için moleküller arası etkileşim potansiyellerine ait parametrelerin bilinmesi gerekir. Bu nedenle virial katsayılarının hesaplanabilmesi için moleküllerarası etkileşim potansiyeline dahil olan parametrelerin hassas hesaplanması çok önemlidir. Dolayısıyla, bu tez çalışmasında, ilk defa, kuantum mekaniksel bir yöntem olan Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) yöntemi kullanılarak elde edilen moleküller arası etkileşim enerjisi verilerinden moleküller arası potansiyel parametrelerinin belirlenmesi için yeni bir yaklaşım geliştirilmiş ve sunulmuştur. Bu çalışmada önerilen yöntem, atom ve moleküllerin farklı moleküller arası etkileşim potansiyel parametrelerinin belirlenmesine olanak sağlamaktadır. Genel olarak, bu yaklaşım atom ve moleküllerin her türlü potansiyel parametrelerinin belirlenmesi için büyük avantajlara sahiptir. Bir uygulama olarak,   molekülün Lennard-Jones   (12-6) ve Morse potansiyel parametreleri ilk olarak DFT yöntemi B3LYP fonksiyonunda       6-31G temel seti kullanılarak belirlenmiştir. Belirlenen potansiyel parametrelerin doğru ve hassaslığını göstermek için bazı termodinamik özelliklere uygulamaları yapılmıştır. Uygulama olarak   molekünün bazı sıcaklık ve basınç aralıklarında ses hızı ve ısı kapasiteleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçların literatürdeki verilerle iyi bir uyum içinde olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Yoğunluk Fonksiyonel Teori; Lennard-Jones (12-6) potansiyeli; moleküller arası potansiyel parameyre; Morse potansiyeli; ses hızı; virial durum denklemi

Abstract:
The determination of intermolecular interaction potentials has an extremely important place in the study of the physical and chemical properties of atoms and molecules. However, it is very difficult to determine the parameters involved in these interaction potentials both experimentally and theoretically. In this study, a new method for the determination of the parameters involved in intermolecular interaction potentials has been developed using advanced quantum mechanical approaches.  In physics, many equations of state have been proposed to determine the thermophysical and thermochemical properties of an atomic and molecular system. One of these equations of state is the virial equation of state. By using the virial coefficients in this equation, the physical and chemical properties of molecular systems can be determined. While calculating the virial coefficients, intermolecular interaction potentials are used according to the structural properties of various molecules or atoms. In order to calculate the virial coefficients, the parameters of the intermolecular interaction potentials must be known. Therefore, precise calculation of the parameters involved in the intermolecular interaction potential is very important for the calculation of virial coefficients. Therefore, in this thesis, for the first time, a new approach for the determination of the intermolecular potential parameters from the intermolecular interaction energy data obtained using the Density Functional Theory (DFT) method, a quantum mechanical method, has been developed and presented. The method proposed in this study allows the determination of different intermolecular interaction potential parameters of atoms and molecules. In general, this approach has great advantages for the determination of all kinds of potential parameters of atoms and molecules. As an application, the Lennard-Jones (12-6) and Morse potential parameters of the molecule were first determined using the 6-31G basis set in the DFT method B3LYP function. In order to demonstrate the accuracy and precision of the determined potential parameters, some thermodynamic properties were applied. As an application, the speed of sound and heat capacities of the molecule in some temperature and pressure ranges were calculated. The results obtained were found to be in good agreement with the data in the literature.

Keywords: Density Functional Theory; Lennard-Jones (12-6) potential; intermolecular potential parameters; Morse potential; speed of sound; virial equation of state