Structure of Ion–Molecular H+(H2O)n (n = 2–6) Complexes and the Thermodynamic Characteristics of Proton Hydration in Gas Atmosphere

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The isomers of ion–molecular H+(H2O)n complexes including up to six water molecules have been studied using quantum chemistry methods. The atomic positions in the isomers corresponding to the global and deepest local minima of potential energy are calculated using the basin-hopping algorithm. The activation energies of some configuration transformations are estimated. The thermodynamic characteristics of the clustering and decomposition of complexes are determined in a harmonic approximation, and they are in good agreement with experimental data. The possibility of simplifying the theoretical investigation of reactions by averaging the thermodynamic characteristics over various channels for energetically close isomers is shown. A weak dependence of the entropy of a reaction on the complex size has been found. A simplified model is proposed to explain the calculation results, and its use for estimating the entropies of complex clustering and decomposition reactions gives good agreement with the experimental results.

作者简介

V. Reshetnyak

Troitsk Institute for Innovation and Fusion Research;
Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Vladimir State University

Email: viktor.reshetnyak84@gmail.com
108840, Troitsk, Moscow, Russia; 125412, Moscow, Russia; 600000, Vladimir, Russia

O. Reshetnyak

State Scientific Center of the Russian Federation Troitsk Institute of Innovation and Thermonuclear Research

Email: viktor.reshetnyak84@gmail.com
Russia, 108840, Moscow, Troitsk, Pushkovykh st., bldg. 12

A. Filippov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: viktor.reshetnyak84@gmail.com
125412, Moscow, Russia

参考

  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).

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».