求助：对于乙酸在结冰模拟中出现的抑制作用的机理解释

Mr.zhen

使用GROMACS计算模拟了三个体系的结冰过程，分别是纯水体系，水+乙酸体系，水+反丁烯二酸体系，结果发现纯水体系与水+反丁烯二酸体系均能正常结冰，而水+乙酸体系中的冰晶却没有随时间而变大，并且在第12 nm左右冰晶开始被破坏（图2），并在之后的模拟中没有再结冰。我一开始觉得可能是在建模时将乙酸全部放在冰晶的左侧，导致左右出现了一个浓度差，可能是这个现象出现的原因。但是在将乙酸替换为反丁烯二酸后，仍然是将酸全部放置于一侧，但并没有出现与乙酸体系相同的情况，是正常结冰的。同样第12 nm纯水体系与水+反丁烯二酸体系的结冰情况如图3,4所示。
三个体系的md.mdp用的是一样的，已上传至附件。初始建模是中间一个冰晶，两边是水分子/有机酸分子，如图1所示。

对于这个模拟结果差异的解释，希望各位老师能畅所欲言，提供一些可能的思路

wzkchem5

两个计算的乙酸摩尔分数、反丁烯二酸摩尔分数是什么关系？
如果乙酸的摩尔分数比反丁烯二酸高的话，可能只是因为摩尔分数高导致的冰点降低

Mr.zhen

wzkchem5 发表于 2024-8-14 22:54
两个计算的乙酸摩尔分数、反丁烯二酸摩尔分数是什么关系？
如果乙酸的摩尔分数比反丁烯二酸高的话，可能只 ...

摩尔分数应该是一样的，两种酸在建模时设置的分子数都是10，水分子数也是一样的

牧生

有可能以下原因
1. 冰块过小，解决办法：把冰弄大一点
2.其实你这里面，酸的质量分数不低哦。冰乙酸的加入，有可能提高了冰的凝点，所以在你设定温度下可以结冰。但反丁烯二酸却不一定哦。

Seyilaxa

考虑到周期性边界条件应该不存在冰两侧浓度差影响反应的原因
同意楼上的观点，冰层太小的话，如果一些偶然因素引起的部分冰的结构瓦解，就很难再重新结冰了
或许可以观察轨迹，看看冰晶最开始瓦解的地方发生了什么？

Mr.zhen

牧生 发表于 2024-8-15 16:16
有可能以下原因
1. 冰块过小，解决办法：把冰弄大一点
2.其实你这里面，酸的质量分数不低哦。冰乙酸的加 ...

感谢您的回答，有机酸的浓度的确有些高，大约0.37 M，不过原因2中导致不同有机酸体系中水的凝固点不同的因素是有机酸自身的什么特性吗，因为建模时两个体系中有机酸分子的个数是一样的，溶质的浓度一样是不是对凝固点的影响也一样，可是反丁烯二酸体系却仍然正常结冰了

Mr.zhen

Seyilaxa 发表于 2024-8-15 17:43
考虑到周期性边界条件应该不存在冰两侧浓度差影响反应的原因
同意楼上的观点，冰层太小的话，如果一些偶然 ...

通过观察轨迹，冰晶最开始是从中间位置瓦解的，并且在前10nm中冰晶也没有增长，这可能预示着什么呢；我会用稍大的冰晶再重新计算一下，不过短期可能出不了结果

牧生

Mr.zhen 发表于 2024-8-15 18:28
感谢您的回答，原因2中导致不同有机酸体系中水的凝固点不同的因素是有机酸自身的什么特性吗，因为建模时 ...

乙酸是液体，易溶于水。在常压下，低于16度就能结冰。
反丁烯二酸是固体，水溶性较差。

这二者是有显著区别的，他们有可能对水结冰有不同的影响。

Seyilaxa

Mr.zhen 发表于 2024-8-15 18:30
通过观察轨迹，冰晶最开始是从中间位置瓦解的，并且在前10nm中冰晶也没有增长，这可能预示着什么呢；我会 ...

扩大冰的体积重复跑几次，如果从冰的结构是从内部开始瓦解，或许只是冰层不够厚导致的偶然现象