Моделирование термического разложения метана при постоянных значениях объема и температуры методами молекулярной динамики и термодинамики

Методами молекулярной динамики и равновесной термодинамики проведено моделирование термического разложения метана при постоянных значениях температуры и плотности $0.05$–$0.524$ г/см$^3$. Молекулярно-динамическое моделирование начального этапа разложения метана проводилось с применением реакционно-силового поля ReaxFF-lg при температурах $2500$–$4000$ К. Результаты моделирования показали, что разложение метана заключается в последовательном образовании и распаде радикалов и легких углеводородов и их замене все более сложными многоатомными углеводородами, подобными полициклическим ароматическим углеводородам, распады и объединения которых ведут к зарождению центров нуклеации конденсированного углерода. В свою очередь результаты термодинамических расчетов указывают на то, что разложение метана начинается и проходит при более низких температурах по сравнению с результатами ультракоротких неравновесных расчетов методом молекулярной динамики. Таким образом, применение методов молекулярной динамики и термодинамики для одного и того же процесса представляет крайние варианты возможных последовательностей состояний в случае ультракороткого неравновесного и длительного, близкого к равновесию, термических разложений метана.