Molekulare Struktur und Wechselwirkung zwischen Partikeln

Um verfahrenstechnische Prozesse von Partikelsystemen besser verstehen und modellieren zu können, ist es wichtig, die interpartikulären Wechselwirkungskräfte zu kennen und ihre Ursachen zu verstehen. Diese beruhen auf physikalisch-chemischen Vorgängen in der Kontaktzone auf mikroskopischer, also atomarer oder molekularer, Ebene. Die molekulare Simulation bietet eine Möglichkeit, die physikalisch-chemischen Grundvorgänge in der Kontaktzone auf atomarer Ebene aufzuklären. So erhält man z.B. die Struktur benetzender Flüssigkeiten oder adsorbierter Schichten in der Kontaktzone oder kann Deformationen in den obersten Schichten der Partikel direkt beobachten. Es können aber auch die Wechselwirkungskäfte zwischen den Partikeln, auch als mittlere Kräfte (mean force, MF) bezeichnet, bei Partikelannäherung oder -ablösung berechnet werden. Für einen gegebenen Partikelabstand beschreibt die MF einen Mittelwert der auftretenden Kräfte über alle Konformationen der Moleküle in der Kontaktzone. Die MF stellt somit eine effektive Kraft zwischen den Partikeln dar. Betrachtet man also z.B. ein System mit Partikeln in einer Suspension, so kann man die Haft- oder Abstoßungskräfte studieren, die auftreten, wenn zwei Partikel sich bis auf Kontakt nähern und die zwischen ihnen liegenden Flüssigkeitsschichten verdrängen. Ähnlich kann man aber auch den Effekt von Deformationen in der Kontaktzone bei trockenen Systemen behandeln. Darauf aufbauend können dann Normalkraft-Weg-Modelle für die Partikeldynamik entwickelt werden.