The effect of deuterium/hydrogen isotopic substitution on the mobility of water molecules using molecular dynamics

Abstract

Эффект изотопного замещения широко используется в экспериментальных методах, в частности, в ядерном магнитном резонансе. Однако, интерпретация экспериментальных данных требует некоторых допущений, которые не могут быть проверены независимо. В этом контексте, компьютерное моделирование способно предоставить детальную информацию обо всех атомах моделируемой системы, которая важная для понимания эффектов изотопного замещения. Следует иметь ввиду, что качество результатов моделирования определяется качеством использованных модельных потенциалов. В данной работе основное внимание было уделено моделированию влияния изотопного замещения водород-дейтерий на микроструктуру и молекулярную подвижность воды в диапазоне температур от -30 до 100. Особое внимание было уделено вращательным переориентациям молекулы.

Hydrogen/deuterium isotope effect are widely used in several disciplines, in particular in NMR relaxation studies. However, the interpretation of experimental data requires some assumptions, which can not be made without ambiguity. In this context, computer simulations, capable to provide detailed information of all the atoms in the simulated systems should be very helpful for the understanding of isotope effects. Of course, it should be kept in mind that any classical simulation methodology is always as good as the used potential model describing the interactions between the molecules. In the present study we focus on the performance of molecular dynamics computer simulation to describe hydrogen/deuterium isotope effect on water structure and dynamics over the temperature range from −30 to 110oC. A special attention was given to the reorientational correlation functions for water motions.