A study of small water clusters composed of two to seven molecules has been performed by using the revised empirical potential function (REPF). Cluster structures corresponding to the minima of potential energy have been characterized structurally and energetically.
In general, cyclic structures are energetically more favorable than open ones as to the clusters containing three to six molecules. It is found that a unique structure for the large clusters is meaningless, but what is physically relevant is the statistical distribution of different configurations of clusters, since the various configurations of each cluster have nearly the same value in energy.
From the comparison of the total interaction energy per molecule of each cluster, cyclic pentamer is found to be as a most favorable configuration. Cyclic tetramer has a puckered form, and cyclic heptamer is highly puckered and has only three hydrogen bonds. As the increase of cluster sizes, the more favorable cluster forms are cyclic structures. We note, here, that if clusters exist in liquid water, an infinite long chain may not exist and the major are probably cyclic pentamers.
새로 고안된 포텐셜 함수를 사용하여 물분자 두개에서 일곱개를 가진 물분자 Cluster의 에너지와 그 구조를 연구하였다.
가장 낮은 에너지를 가지는 물분자 Cluster의 에너지와 그 구조면에서 특정하게 규정되어 진다.
일반적으로 고리 구조를 갖는 Cluster가 사슬구조를 갖는 것보다 에너지면에서 더 유리한 것으로 나타났다.
물론, 보다 큰 물분자 Cluster가 특정한 하나의 구조를 가질 것이라고 생각하는 것이 무의미하다고 볼지 모르나, 구조상으로 다른 많은 Cluster가 거의 같은 에너지를 갖기 때문에 물리적으로 관심이 있는 것은 이것들이 통계적으로 어떠한 분포를 보이는가에 대한 것이다.
물분자 수를 달리 해 가면서 각각의 물분자 Cluster에 대한 구조와 그 에너지를 연구해 본 결과, 고리형태의 pentamer가 가장 유리한 것으로 나타났다. 고리형태의 tetramer는 다소 찌그러진 형태를 가졌으며, 고리형태의 heptamer는 상당히 찌그러져서 단지 세개의 수소결합만을 가지고 있음이 밝혀졌다. 물분자 Cluster의 크기가 커질수록 그 분자집단은 고리형성을 하려고 한다. 그리고 무한히 긴 사슬구조의 물분자 Cluster가 존재할 수 없다는 것도 밝혀졌다. 이와 같은 과정을 통해 볼때, 액체상태의 물속에 물분자 Cluster가 존재한다면 고리구조의 pentamer가 주요한 성분이 될 것이다.
