2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки





Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2, 3  След.
 
 Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение17.10.2016, 19:44 
Аватара пользователя


03/08/14
557
Важнее не это
Правильно ли я понимаю, что расчётам это трудно поддаётся (часто пока вовсе не поддаётся) и в основном на практике в лабораториях это выясняют?
Т.е. эффективной универсальной методики вычислить будет ли реакция и что в результате неё получится, пока нет?

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение17.10.2016, 20:56 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/04/16
1262
Универсальная методика очень даже есть -- это квантовая механика. Ничего там особо загадочного нет. Проблема в том, что "мокрая" химия -- это ну оооооооооооочень огромные и оооооооооочень сложные системы, в которых происходят тучи процессов. Простой пример: растворение карбоната кальция в солянке. Каждый (нормально учащийся) школьник напишет: $\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow }$. А вот если рассматривать механизм этого, вроде элементарного процесса, то там окажется столько стадий :shock: , что проще головой аПстену убиться. :?
Короче, очень сложно многое именно посчитать чисто из-за сложности системы (даже в память компьютера такими задачами влезть -- это очень нетривиально :cry: ). Но даже на простых моделях уже давно всякие клевые результаты получали (например, реакция Дильса-Альдера объясняется правилами Вудворта-Хоффмана, что даёт возможность предсказывать протекание реакций в аналогичных случаях и т.д.). А сейчас с развитием вычислительных методов и компьютеров мы можем анализировать ещё более сложные процессы (реакции на поверхностях катализаторов, биологические процессы, и т.д.). За это всё давали Нобелевки по Химии (последняя в 2013 году).
Ну а в сочетании со старыми и новыми экспериментальными методами изучения и моделями всё это выглядит ещё более многообещающе. :D
Так что потихоньку-полегоньку движемся. :wink:

P.S. Приличные работы синтетиков сейчас достаточно часто включают моделирование открытых ими процессов в пробирке. Это позволяет иногда выявлять общие закономерности и предсказывать пути улучшения синтезов. :wink:

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение19.10.2016, 20:37 
Аватара пользователя


03/08/14
557
Важнее не это
madschumacher в сообщении #1160627 писал(а):
Короче, очень сложно многое именно посчитать чисто из-за сложности системы (даже в память компьютера такими задачами влезть -- это очень нетривиально :cry: ).
Вот я об этом и говорю, что универсальность этих методов пока слишком ограничена мощностью компьютеров. А ещё наверное и умами программистов. Т.е. нет даже такой программы универсальной, что бы можно было взять любые вещества, вбить в неё инфу о них, и получить готовый ответ (при наличии достаточно мощного компьютера). Увы, пока похоже даже очень приблизительные методы моделирования и вычисления на универсальность не тянут. О более точных расчётах наверно и говорить пока нечего.
Так?

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение19.10.2016, 21:23 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/04/16
1262
AAA1111 в сообщении #1161190 писал(а):
Вот я об этом и говорю, что универсальность этих методов пока слишком ограничена мощностью компьютеров.

Здесь химия не исключение, а правило. Любая инженерная задача в те же самые проблемы упирается. Какой-нть дизайн оптимального инжектора для двигателя, или формы антенны тоже не имеет универсальной программы для решения (иначе куча людей уже без работы была бы).
AAA1111 в сообщении #1161190 писал(а):
А ещё наверное и умами программистов.

Ну раз Вы такой умный, то плиз, метод в студию! :wink:
AAA1111 в сообщении #1161190 писал(а):
Т.е. нет даже такой программы универсальной, что бы можно было взять любые вещества, вбить в неё инфу о них, и получить готовый ответ (при наличии достаточно мощного компьютера).

Универсальной программы, блин. А Вселенную Вам заодно не смоделировать?
Вообще, полно подобного в химической инженерной деятельности. Там могут быть забиты достаточно простые или же весьма сложные модели, в которые задаются начальные условия и считается термодинамика,кинетика процесса. Причем, в зависимости от задачи варьируется сложность модели. Но это обычно базируется на померенных(или прочитанных, но так или иначе табулированных) макроскопических величинах (энтальпии образования, теплоемкости, константы скоростей реакции и т.д.). Можно было бы там идти от первых принципов, но экономически (да даже по затратам времени/сил) это бессмысленно. :lol:
AAA1111 в сообщении #1161190 писал(а):
Увы, пока похоже даже очень приблизительные методы моделирования и вычисления на универсальность не тянут.

Ну это Вы зря. Для малоатомных систем в газе можно всё моделировать "в лоб" из первых принципов. Ну и в зависимости от размера системы обычно можно решить нужную задачу, даже на атомарном уровне (например, Тефаль заказывали в Desy моделирование в компьютере на атомарном уровне поведения антипригарного покрытия, ну а про моделирование биохимии я молчу). А если не ограничивать себя в методах, то можно сделать еще больше. Главное знать где искать и как делать. А волшебной палочки, применимой абсолютно ко всему, насколько мне известно, ни в одной науке (да и в других областях человеческой деятельности) нет. :lol: Но в целом да, конечно, простор для научной и инженерной деятельности большой. :D

P.S. Вы бы конкретизировали саму задачу, т.к. даже "взять вещество" -- это уже нетривиальное утверждение. Оно может быть в различном агрегатом состоянии, в различных кристаллических модификациях, в различном изомерном составе, растворено в различных растворителях, да даже тупо с различной степенью чистоты. И всё это может и будет приводить к разным последствиям. :|

P.P.S. касательно вопроса в названии темы, он обычно не имеет смысла, т.к. можно взять и смоделировать процессы, происходящие при смещении 2х веществ (в лоб не возьмется задача, но в нужный момент "углубляться" в центр вопроса -- можно. Но на это уйдет много времени, проще взять да смешать. Тут возникает другая проблема -- если мы хотим получить продукт дешево, то мы не знаем даже что и как надо смешивать (это, если хотите, обратная задача химии). А вот эта задача уже на порядок сложнее (и если бы Вы знаете про обратные задачи даже в обычном смысле, то это сразу поймете) и существенно более нерешаемые. Вот эту задачу -- да, решить не удаётся. Т.е. на вопрос темы можно ответить -- моделированием. Но это нафиг никому обычно не нужно. :lol1:

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение19.10.2016, 21:47 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


27/04/09
21246
Уфа
madschumacher в сообщении #1161202 писал(а):
P.S. Вы бы конкретизировали саму задачу, т.к. даже "взять вещество" -- это уже нетривиальное утверждение. Оно может быть в различном агрегатом состоянии, в различных кристаллических модификациях, в различном изомерном составе, растворено в различных растворителях, да даже тупо с различной степенью чистоты. И всё это может и будет приводить к разным последствиям. :|
А ещё (пускай теперь абсолютно чистое) в зависимости от разных $p,V,T$ иметь разный состав (динамическое равновесие в воде молекул воды и всяких ионов, скажем)! А ещё не быть в термодинамическом равновесии… :D (Это добавление для ТС, т. к. вы-то как раз об этом знаете лучше меня.)

(Оффтоп)

madschumacher в сообщении #1161202 писал(а):
А Вселенную Вам заодно не смоделировать?
arseniiv расталкивает очередь и вклинивается поближе к началу.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение20.10.2016, 11:36 
Аватара пользователя


03/08/14
557
Важнее не это
madschumacher в сообщении #1161202 писал(а):
Ну раз Вы такой умный, то плиз, метод в студию!
Да не, я далеко не такой умный.

arseniiv в сообщении #1161207 писал(а):
Вы бы конкретизировали саму задачу
Да в общем, я уже понял вроде бы. Спасибо за пояснения. Ну, а, если точнее, то изначально я представлял себе задачу примерно так: две молекулы примерно до десятка атомов каждая сталкиваются в вакууме. Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.
Или что-то вроде этого.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение20.10.2016, 11:49 


01/03/13
651
AAA1111 в сообщении #1161322 писал(а):
Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.

Любая стабильная или метастабильная комбинация атомов с той или иной вероятностью.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение20.10.2016, 12:39 


20/08/14
3448
Россия, Москва

(Оффтоп)

Osmiy в сообщении #1161326 писал(а):
AAA1111 в сообщении #1161322 писал(а):
Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.
Любая стабильная или метастабильная комбинация атомов с той или иной вероятностью.
Или даже парочка бозонов Хиггса с кучей другого мусора - если разогнать молекулы посильнее перед столкновением. :mrgreen:

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение20.10.2016, 12:53 
Аватара пользователя


03/08/14
557
Важнее не это
Osmiy в сообщении #1161326 писал(а):
Любая стабильная или метастабильная комбинация атомов с той или иной вероятностью.
На это скорость влияет и состав молекул. Вот при какой скорости какие комбинации образуются, а при какой остаются прежними (молекулы не прореагировали, а разлетелись после удара), это и интересно было бы вычислить.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение20.10.2016, 14:16 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


18/05/06
13166
с Территории
Отсюда чудовищно далеко до расчёта реальных химических реакций. На какой скорости, каким боком столкнулись частицы... а как только они столкнулись, то получились, возможно, какие-то новые, которые тоже сталкиваются друг с другом и со старыми, и число вариантов растёт лавинообразно.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение20.10.2016, 14:27 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/04/16
1262
AAA1111 в сообщении #1161322 писал(а):
две молекулы примерно до десятка атомов каждая сталкиваются в вакууме. Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.

Ну дык это ж вообще халтура. Для курсовой работы задачка. :lol:

Самый простой способ: взять ab initio молекулярную динамику (квантово-химическое приближение на Ваш вкус и выбор), оттермостатить каждую из молекул по одиночке (термостат на Ваш вкус и выбор), ну и под нужными углами и скоростями запустить молекулы друг на друга (можно ещё и с разным прицельным параметром). :wink: Можно так много раз сделать и посмотреть на статистику того, что у Вас получается. Там есть ещё куча мелких аспектов, которые можно учесть, но базовая идея такая. :mrgreen:

Osmiy в сообщении #1161326 писал(а):
Любая стабильная или метастабильная комбинация атомов с той или иной вероятностью.

Это и так подразумевается постановкой задачи. :roll: Вопрос в том: какие и с какой вероятностью. :lol:

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение21.10.2016, 09:01 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/04/16
1262
ИСН в сообщении #1161362 писал(а):
Отсюда чудовищно далеко до расчёта реальных химических реакций.

Ну смотря каких... Для интерпретации данных, полученных методом молекулярных пучков, уж точно достаточно. :wink:

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение21.10.2016, 10:18 


01/04/08
1168
AAA1111 в сообщении #1161322 писал(а):
Ну, а, если точнее, то изначально я представлял себе задачу примерно так: две молекулы примерно до десятка атомов каждая сталкиваются в вакууме. Задача выяснить результат столкновений при разных скоростях и углах поворота молекул.

Все это - компьютерные игрушки в химию, к реальности имеющие весьма отдаленное отношение.

Например, даже для простейшей реакции, простейших молекул - водорода с хлором, с образованием хлороводорода, никакие расчеты не дадут необходимых результатов, на основании которых можно было бы построить завод по производству соляной кислоты.

Только эксперимент может вскрыть все внутренние "тайны" химических реакций и обнаружить истину.

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение21.10.2016, 16:09 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/04/16
1262
GraNiNi в сообщении #1161550 писал(а):
Все это - компьютерные игрушки в химию, к реальности имеющие весьма отдаленное отношение.

Ой, не надо тут ля-ля... :twisted:
Вы сильно не правы, т.к. эти, как Вы изящно выразились "компьютерные игрушки в химию":
1. согласуются и используются для интерпретации кучи экспериментальных данных: структуры веществ, их спектров (ИК, Раман, ЭПР, ЯМР, фотоэлектронных, оптических спектров поглощения и т.д.), их термодинамических свойств, скоростей реакций (тут, правда пока что редко количественно, скорее качественно), и т.д., причем сейчас даже дошли до весьма приличного качества моделирования всяких биологических процессов (за что по сути и был выдан Нобель по Химии в 2013м);
2. дали данные, которые раньше (и сейчас может быть, я этим не занимаюсь) очень даже использовались для решения вполне себе прикладных задач (знаю, что термодинамические свойства высокоэнергетических веществ, рассчитанные квантовой химией, использовались для создания топлив и, собственно, взрывчатки);
3. привели к созданию всех концепций современной химии, что существенно упрощает жизнь большинству химиков, как фундаментальщиков, так и прикладников.
GraNiNi в сообщении #1161550 писал(а):
Например, даже для простейшей реакции, простейших молекул водорода с хлором, с образованием хлороводорода, никакие расчеты не дадут необходимых результатов, на основании которых можно было бы построить завод по производству соляной кислоты.

По одной простой причине: Вы когда-нибудь видели сколько экспериментально установленных элементарных стадий у этой реакции ($\mathrm{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2 HCl}$) в газовой фазе? Я слышал цифру ~ 100 штук (это только важных для количественного описания кинетики реакции). Ну так вот -- для каждой из этих стадий компьютерным моделированием из первых принципов можно получить константу реакции (ичсх, получают :roll: ), но анализировать их все -- это уже весьма убийственная по затратам задачка. Вы же не будете молотком чинить компьютер и кровавой Мэри отвёрткой забивать гвозди? :? Или применять квантмех для описания полёта снаряда из пушки? Мораль: в каждой области есть свои инструменты, которые имеет смысл там использовать. :wink:
GraNiNi в сообщении #1161550 писал(а):
Только эксперимент может вскрыть все внутренние "тайны" химических реакций и обнаружить истину.

Ё-моё, как высокопарно... Давайте ещё раз процитируем и посмакуем:
GraNiNi в сообщении #1161550 писал(а):
все внутренние "тайны" химических реакций и обнаружить истину

Блеск! :appl:
Почитайте какие-нть свежие (или не очень свежие :lol: ) статьи в каком-нть захудалом Nature, Science, JACS, Angewandte Chemie, PCCP, JCP, JPCx (x=A,B,C) и иже с ними и Вы увидите, что интерпретация этих самых экспериментов чаще всего тупо базируется на этих самых компьютерных игрушках в химию... :roll:
Ну и конечно замечу, что наука -- это не про "истину" и "тайны", а про хорошо работающие модели, которые хорошо описывают необходимые куски реальности. А за "Истиной" и "Тайнами" обращайтесь к контентмейкерам и обитателям Пургатория... :twisted:

 Профиль  
                  
 
 Re: Как в общем случае рассчитать прореагируют вещества или нет?
Сообщение21.10.2016, 17:03 


01/04/08
1168
madschumacher в сообщении #1161618 писал(а):
По одной простой причине: Вы когда-нибудь видели сколько экспериментально установленных элементарных стадий у этой реакции ($\mathrm{H_2 + Cl_2 \rightarrow 2 HCl}$) в газовой фазе? Я слышал цифру ~ 100 штук (это только важных для количественного описания кинетики реакции). Ну так вот -- для каждой из этих стадий компьютерным моделированием из первых принципов можно получить константу реакции (ичсх, получают :roll: ), но анализировать их все -- это уже весьма убийственная по затратам задачка.


Вот об этом и речь.
Никакое компьютерное моделирование не заменит реальный химический опыт, когда нужны надежные, проверенные цифры, а не абстрактные модели.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 31 ]  На страницу 1, 2, 3  След.

Модераторы: photon, Toucan, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
cron
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group