Development and Application of a First Principle Molecular Model for Solvent Effects

Abstract: Popular Abstract in Swedish En betydande del av kemin i naturen och inom industrin äger rum i en omgivning av andra molekyler. Reaktioner, övergångar, interaktioner och andra kemiska processer påverkas nästan alltid utav omgivningen. Dessa modifikationer eller omgivningseffekter beror i grund och botten på växelverkan mellan molekylerna, den så kallade intermolekylära växelverkan. Det speciella fallet med effekter från ett lösningsmedel, likt vatten, kallas lösningsmedelseffekter och har studerats omfattande och används för att finjustera egenskaper hos kemiska processer. I denna avhandling studeras lösningsmedelseffekter teoretiskt. Med datorsimuleringar kan grunläggande frågor om vissa givna effekter, deras molekylära ursprung i andra ord, tas itu med. En ny modell med detta syftet formuleras i avhandlingen. Modellen utvecklas från grundläggande relationer och väletablerad kunskap om intermolekylär växelverkan, statistisk mekanik och kvantmekanik. Ingen experimentell data används som input till modellen, istället är modellens utgångspunkt teoretiska grundprinciper. I diskussionen av modellen läggs särskild tonvikt på frågan om balans mellan de ingående approximationerna. Modellen visas förmå reproducera välkaraktäriserade experimentella data för några testsysten. Modellen används också till att studera solvation och fotokemiska processer för vilka experiment av idag ej förmår klargöra det molekylära ursprunget. Särskilt anmärkningsvärda resultat från dessa studier är: asymmetrisk solvation av den kvadrupolära para-bensokinon, gränssnittsspecifika effekter på indols spektra vid luft/vatten-gränssnittet, kopplingar mellan polarisation och repulsion i solvationen av monoatomära joner, samt signifikant beroende på omgivningens egenskaper för ureas molekylärstruktur.