Struktura ionno-molekulyarnykh kompleksov H+(H2O)n dlya n = 2 − 6 i termodinamicheskie kharakteristiki gidratatsii protonov v gazovoy srede

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Методами квантовой химии исследованы изомеры ионно-молекулярных комплексов H+(H2O)n, включающих до шести молекул воды. Позиции атомов в изомерах, соответствующие глобальному и наиболее глубоким локальным минимумам потенциальной энергии, рассчитаны с использованием алгоритма случайного поиска. Выполнена оценка энергий активации некоторых конфигурационных превращений. В гармоническом приближении определены термодинамические характеристики кластеризации и распада комплексов, которые хорошо согласуются с экспериментальными данными. Показана возможность упрощения теоретического исследования реакций путем усреднения термодинамических характеристик по различным каналам для энергетически близких изомеров. Установлена слабая зависимость энтропии реакции от размера комплекса. Для объяснения результатов вычислений предложена упрощенная модель, использование которой для оценки энтропии реакций кластеризации и распада комплексов дает хорошее согласие с экспериментом.

Bibliografia

  1. Q. Li, J. Jiang, and J. Hao, KONA Powder Particle J. 32, 57 (2015).
  2. Б. М. Смирнов, Физика глобальной атмосферы. Парниковый эффект, атмосферное электричество, эволюция климата, Интеллект, Долгопрудный (2017).
  3. С. Leygraf, I. O. Wallinder, J. Tidblad, and T. Graedel, Atmospheric Corrosion, John Wiley & Sons (2016).
  4. L. W. Sieck, J. T. Heron, and D. S. Green, Plasma Chem. Plasma Proces. 20, 235 (2000).
  5. А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, Н. А. Дятко, С. А. Куркин, Г. Б. Лопанцева, А. Ф. Паль, А. Н. Старостин, ЖЭТФ 152, 293 (2017).
  6. P. Kebarle, S. K. Searles, A. Zolla, J. Scarborough, and M. Arshadi, J. Amer. Chem. Soc. 89, 6393 (1967).
  7. F. H. Field and D. P. Beggs, J. Amer. Chem. Soc. 93, 1576 (1971).
  8. A. J. Cunningham, J. D. Payzant, and P. Kebarle, J. Amer. Chem. Soc. 94, 7627 (1972).
  9. Y. K. Lau, S. Ikuta, and P. Kebarle, J. Amer. Chem. Soc. 104, 1462 (1982).
  10. M. Meot-Ner and C. V. Speller, J. Phys. Chem. 90, 6616 (1986).
  11. K. D. Froyd and E. R. Lovejoy, J. Phys. Chem. A 107, 9800 (2003).
  12. Y. Nakai, H. Hidaka, N. Watanabe, and T. M. Kojima, J. Chem. Phys. 144, 224306 (2016).
  13. K. A. Servage, J. A. Silveira, K. L. Fort, and D. H.Russell, Phys. Chem. Lett. 5, 1825 (2014).
  14. J. W. Shin, N. I. Hammer, E. G. Diken, M. A. Johnson, R. S. Walters, T. D. Jaeger, M. A. Duncan, R. A. Christie, and K. D. Jordan, Science 304, 1137 (2004).
  15. K. Mizuse, N. Mikami, and A. Fujii, Angewandte Chemie International Edition 49, 10119 (2010).
  16. T. F. Magnera, D. E. David, and J. Michl, Chem. Phys. Lett. 182, 363 (1991).
  17. Z. Shi, J. V. Ford, S. Wei, and A. W. Castleman, J. Chem. Phys. 99, 8009 (1993).
  18. C. E. Klots, Z. Physik D Atoms, Mol. Clusters 21, 335 (1991).
  19. H. A. Schwarz, J. Chem. Phys. 67, 5525 (1977).
  20. M. H. Begemann, C. S. Gudeman, J. Pfa, and R. J. Saykally, Phys. Rev. Lett. 51, 554 (1983).
  21. M. H. Begemann and R. J. Saykally, J. Chem. Phys. 82, 3570 (1985).
  22. M. Gruebele, M. Polak, and R.J. Saykally, J. Chem. Phys. 87, 3347 (1987).
  23. D.-J. Liu, N. N. Haese, and T. Oka, J. Chem. Phys. 82, 5368 (1985).
  24. D.-J. Liu and T. Oka, J. Chem. Phys. 84, 1312 (1986).
  25. L. I. Yeh, M. Okumura, J. D. Myers, J. M. Price, and Y. T. Lee, J. Chem. Phys. 91, 7319 (1989).
  26. L. I. Yeh, Y. T. Lee, and J. T. Hougen, J. Molec. Spectr. 164, 473 (1994).
  27. J. Tang and T. Oka, J. Molec. Spectr. 196, 120 (1999).
  28. J.-C. Jiang, Y.-S. Wang, H.-C. Chang, S. H. Lin, Y. T. Lee, G. Niedner-Schatteburg, and H.-Ch. Chang, J. Amer. Chem. Soc. 122, 1398 (2000).
  29. J. M. Headrick, E. G. Diken, R. S. Walters, N. I. Hammer, R. A. Christie, J. Cui, E. M. Myshakin, M. A. Duncan, M. A. Johnson, and K. D. Jordan, Science 308, 1765 (2000).
  30. G. E. Douberly, R. S. Walters, J. Cui, K. D. Jordan, and M. A. Duncan, J. Phys. Chem. A 114, 4570 (2010).
  31. F. Agostini, R. Vuilleumier, and G. Ciccotti, J. Chem. Phys. 134, 084303 (2011).
  32. K. Mizuse and A. Fujii, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7129 (2011).
  33. G. M. Chaban, J. O. Jung, and R. B. Gerber, J. Phys. Chem. A 104, 2772 (2000).
  34. M. Park, I. Shin, N. J. Singh, and K. S. Kim, J. Phys. Chem. A 111, 10692 (2007).
  35. M. Baer, D. Marx, and G. Mathias, Chem. Phys. Chem. 12, 1906 (2011).
  36. Q. Yu and J. M. Bowman, J. Phys. Chem. A 123, 1399 (2019).
  37. П. Робинсон, К. Холбрук, Мономолекулярные реакции, Мир, Москва (1975).
  38. В. М. Замалин, Г. Э. Норман, В. С. Филинов, Метод Монте-Карло в статистической термодинамике, Наука, Москва (1977).
  39. Д. Френкель, Б. Смит, Принципы компьютерного моделирования молекулярных систем, Научный мир, Москва (2013).
  40. С. В. Шевкунов, Ж. физ. химии 78, 1808 (2004).
  41. K. Suzuki, M. Shiga, and M. Tachikawa, J. Chem. Phys. 129, 144310 (2008).
  42. X. Z. Li, B. Walker, and A. Michaelides, Proc. Nat. Acad. Sci. 108, 6369 (2011).
  43. C. L. Vaillant, D. J. Wales, and S. C. Althorpe, Phys. Chem. Lett. 10, 7300 (2019).
  44. Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц, Теоретическая физика. Статистическая физика, ч. 1, т. 5, Наука, Москва (1964).
  45. Yangsoo Kim and Yongho Kim, Chem. Phys. Lett. 362, 419 (2002).
  46. A. V. Lebedev, J. Analyt. Chem. 74, 1325 (2019).
  47. S. M. Woodley, T. Lazauskas, M. Illingworth, A. C. Carter, and A. A. Sokol, Faraday Discussions 2011, 593 (2018).
  48. M. P. Hodges and D. J. Wales, Chem. Phys. Lett. 324, 279 (2000).
  49. R. A. Christie and K. D. Jordan, J. Phys. Chem. A 105, 7551 (2001).
  50. J.-L. Kuo and M. L. Klein, J. Chem. Phys. 122, 024516 (2005).
  51. Y. Luo, S. Maeda, and K. Ohno, J.Comput. Chem. 30, 952 (2009).
  52. O. C. Nguyen, Y.-S. Ong, and J.-L. Kuo, J. Chem. Theory Comput. 5, 2629 (2009).
  53. R. E. Kozack and P. C. Jordan, J. Chem. Phys. 96, 3131 (1992).
  54. M. P. Hodges and A. J. Stone, J. Chem. Phys. 110, 6766 (1999).
  55. https:www-wales.ch.cam.ac.ukCCD.html
  56. Н. Н. Калиткин, Численные методы, БХВ-Петербург, Санкт-Петербург (2011).
  57. T. D. Ku¨hne, M. Iannuzzi, M. D. Ben et al., J. Chem. Phys. 152, 194103 (2020).
  58. A. H. Larsen, J. J. Mortensen, J. Blomqvist et al., J. Phys.: Cond. Matt. 29, 273002 (2017).
  59. S. Grimme, C. Bannwarth, and P. Shushkov, J. Chem. Theory Comput. 13, 1989 (2017).
  60. A. D. Becke, Phys. Rev. A 38, 3098 (1988).
  61. C. Lee, W. Yang, and R. G. Parr, Phys. Rev. B 37, 785 (1988).
  62. F. Weigend and R. Ahlrichs, Phys. Chem. Chem. Phys. 7, 3297 (2005).
  63. Chr. Møller and M. S. Plesset, Phys. Rev. 46, 618 (1937).
  64. D. Rappoport and F. Furche, J. Chem. Phys. 133, 134105 (2010).
  65. S. Grimme, J.Comp. Chem. 27, 1787 (2006).
  66. S. Grimme, J. Antony, S. Ehrlich, and H. Krieg, J. Chem. Phys. 132, 154104 (2010).
  67. Y. Andersson, D. C. Langreth, and B. I. Lundqvist, Phys. Rev. Lett. 76, 102 (1996).
  68. E. C. Lee, H. M. Lee, P. Tarakeshwar, and K. S. Kim, J. Chem. Phys. 119, 7725 (2003).
  69. J. S. Rao, T. C. Dinadayalane, J. Leszczynski, and G. N. Sastry, J. Phys. Chem. A 112, 12944 (2008).
  70. V. S. Bryantsev, M. S. Diallo, A. C. T. van Duin, and W. A. Goddard, J. Chem. Theory Comput. 5, 1016 (2009).
  71. M. Del Ben, M. Sch¨onherr, J. Hutter, and J. Vande-Vondele, J. Phys. Chem. Lett. 4, 3753 (2013).
  72. M. Del Ben, J. Hutter, and J. VandeVondele, J. Chem. Phys. 143, 054506 (2015).
  73. M. Feyereisen, G. Fitzgerald, and A. Komornicki, Chem. Phys. Lett. 208, 359 (1993).
  74. M. Del Ben, J. Hutter, and J. VandeVondele, J. Chem. Theory Comput. 9, 2654 (2013).
  75. S.H. Vosko, L. Wilk, M. Nusair, Canad. J. Phys. 58, 1200 (1980).
  76. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  77. A. D. Becke, J. Chem. Phys. 98, 1372 (1993).
  78. Y. Zhao and D.G. Truhlar, Theor. Chem. Accounts 120, 215 (2008).
  79. https://www.researchgate.net/publication/369203964_structuresxyz
  80. S. Maheshwary, N. Patel, N. Sathyamurthy, A. D. Kulkarni, and S. R. Gadre, J. Phys. Chem. A 105, 10525 (2001).
  81. F. Yang, X. Wang, M. Yang, A. Krishtal, C. Van Alsenoy, P. Delarue, and P. Senet, Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 9239 (2010).
  82. A. S. Bednyakov, N. F. Stepanov, and Yu. V. Novakovskaya, Russ. J. Phys. Chem. A 88, 287 (2014).
  83. S. S. Xantheas, J. Chem. Phys. 100, 7523 (1994).
  84. А. А. Радциг, Б. М. Смирнов, Справочник по атомной и молекулярной физике, Атомиздат, Москва (1980).
  85. J. Rodriguez, E. J. Marceca, and D. A. Estrin, J. Chem. Phys. 110, 9039 (1999).
  86. W. A. Adeagbo and P. Entel, Phase Transitions 77, 63 (2004).
  87. C. Hock, M. Schmidt, R. Kuhnen, C. Bartels, L. Ma, H. Haberland, and B. v. Issendor, Phys. Rev. Lett. 103, 073401 (2009).
  88. И. К. Кикоин, Таблицы физических величин. Справочник, Атомиздат, Москва (1976).
  89. Д. Эверет, Введение в химическую термодинамику, Изд-во иностр. лит., Москва (1963).

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2023

Este site utiliza cookies

Ao continuar usando nosso site, você concorda com o procedimento de cookies que mantêm o site funcionando normalmente.

Informação sobre cookies