Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Chemie

Fachgebiet: Physikalische und Theoretische Chemie

Betreuer: Prof. Dr. Ralf Ludwig



M.Sc. Elias Reiter
(e-mail: elias.reiter@uni-rostock.de )

Berechnung des zweiten osmotischen Virialkoeffizienten verdünnter wässriger Lösungen mittels molekulardynamischer Simulation

Die solvensvermittelte Wechselwirkung zwischen gelösten Teilchen und Molekülen in wässrigen Lösungen wird durch Faktoren wie Lösungsmittel, Druck und Temperatur beeinflusst. Um diese Wechselwirkungen genauer zu studieren, haben wir solche Lösungen mit Hilfe der Methode der molekulardynamischen Simulation untersucht. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Berechnung des zweiten osmotischen Virialkoeffizienten vorgestellt. Dieser beschreibt dabei die Stärke der solvensvermittelnten Wechselwirkung zwischen gelösten Teilchen. Die Methode wird insbesondere auf wässrige Lösungen von Methan und verschiedenen weiteren hydrophoben Teilchen sowie auf die Lösungen dreier biologisch bedeutsamer, polarer Moleküle (Methanol, Harnstoff und Trimethylaminoxid) für einen weiten Temperaturbereich angewendet. Die Struktur der Wassermoleküle um die gelösten Teilchen wird näher betrachtet, um Lösungsmitteleffekte zu untersuchen. Ebenso wird der Einfluss des gewählten Wasserkraftfelds durch den Vergleich von acht Wassermodellen dargestellt. Neben dem Temperaturverhalten wird für Methan auch das Druckverhalten für verschiedene Wassermodelle berechnet.

The solvent-mediated interaction between particles and molecules in aqueous solutions is influenced by factors such as solvent, pressure and temperature. To examine these interactions in detail, we have studied those aqueous solutions by molecular dynamic simulations. In this thesis a method for calculating the second osmotic virial coefficient is described. The second osmotic virial coefficient accounts for the strength of solvent mediated interactions between solved particles. This approach is applied to aqueous solutions of methane and various other hydrophobic particles as well as solutions of three biologically relevant polar molecules (methanol, urea and trimethylamine oxide) for a wide temperature-range. The structure of the surrounding water molecules is studied in detail to investigate solvent effects. Likewise, the influence of the chosen water force field is shown by a comparison of eight different water models. In addition, for methane the temperature behavior is calculated alongside the pressure behavior for various water models.