ИК спектры гидратированного CаSO4 в среднем инфракрасном диапазоне

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Статья посвящена исследованию влияния влажности образцов алебастра (строительного гипса) на форму их ИК спектров в диапазоне волновых чисел 500–4000 см−1. Для этого экспериментальными методами нарушенного полного внутреннего отражения исследованы ИК спектры дистиллированной воды и образцов алебастра с влажностью 0, 26, 106, 132, 159, 185 и 212% при температуре 23°С. Методами, базирующимися на использовании теории функционала плотности с обменно-корреляционным потенциалом XLYP, рассчитаны волновые числа и интенсивности компонентов ИК спектров кластеров CaSO4(H2O)n для 0 < n < 16. С помощью гауссовых кривых с ширинами, оцененными из эксперимента, определены формы полос валентных колебаний воды. При расчете структуры CaSO4(H2O)n выполнена оптимизация положений атомов в различных структурных модификациях кластеров. В качестве критерия выбора оптимальной структуры кластера служило минимальное значение полной энергии, а для кластеров с большим числом атомов этот критерий применялся к изначально выбранному изомеру. На основе результатов расчетов объяснены трансформации измеренных спектров (изменения волновых чисел и интенсивностей) при изменении влажности образцов. Сравнение экспериментальных и теоретических спектров в диапазоне волновых чисел 3500–3900 см−1 позволило отнести исследованный порошок алебастра к совокупности кластеров разного размера: 2(CaSO4(H2O)0.5), 2(CaSO4(H2O)0.5 + 0.5H), 4(CaSO4(H2O)0.5), включая и кластер кристаллического гипса: 2(CaSO4(H2O)2). Достигнутое согласие в положении и форме экспериментальных и теоретических полос воды в спектрах образцов разной влажности обосновывает адекватность теоретического описания гидратации CaSO4.

Об авторах

Андрей Владимирович Морозов

Ростовский государственный университет путей сообщения

Россия, 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2

Дмитрий Викторович Ольховатов

Ростовский государственный университет путей сообщения

Россия, 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2

Владимир Леонидович Шаповалов

Ростовский государственный университет путей сообщения

ORCID iD: 0000-0001-5791-0337
Россия, 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2

Андрей Григорьевич Кочур

Ростовский государственный университет путей сообщения

Россия, 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2

Виктор Анатольевич Явна

Ростовский государственный университет путей сообщения

Россия, 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2

Список литературы

  1. Pegau W. S., Gray D., Zaneveld J. R. V. Absorption and attenuation of visible and near-infrared light in water: Dependence on temperature and salinity. Applied Optics, 1997, vol. 36, iss. 24, pp. 6035–6046. https://doi.org/10.1364/AO.36.006035
  2. Max J.-J., Gessinger V., van Driessche C., Larouche P., Chapados C. Infrared spectroscopy of aqueous ionic salt solutions at low concentrations. J. Chem. Phys., 2007, vol. 126, iss. 18, article no. 184507. https://doi.org/10.1063/1.2717184
  3. Cheng-Wen Liu, Feng Wang, Lijiang Yang, Xin-Zheng Li, Wei-Jun Zheng, Yi Qin Gao. Stable salt-water cluster structures reflect the delicate competition between ion-water and water-water interactions. J. Phys. Chem. B, 2014, vol. 118, iss. 3, pp. 743–751. https://doi.org/10.1021/jp408439j
  4. Tandy J. D., Feng C., Boatwright A., Sarma G., Sadoon A. M., Shirley A., Rodrigues N. D., Cunningham E. M., Yang S., Ellis A. M. Communication: Infrared spectroscopy of salt-water complexes. J. Chem. Phys., 2016, vol. 144, article no. 121103. https://doi.org/10.1063/1.4945342
  5. Mizoguchi A., Ohshima Y., Endo Y. Microscopic hydration of the sodium chloride ion pair. J. Am. Chem. Soc., 2003, vol. 125, iss. 7, pp. 1716–1717. https://doi.org/10.1021/ja028522x
  6. Christian P. P., Mark S. G. Solvation of sodium chloride: An effective fragment study of NaCl(H2O)n. J. Phys. Chem. A, 1999, vol. 103, pp. 4162–4166. https://doi.org/10.1021/jp984806l
  7. Olleta A. C., Lee H. M., Kim K. S. Ab initio study of hydrated sodium halides NaX(H2O)(1–6) (X=F, Cl, Br, and I). J. Chem. Phys., 2006, vol. 124, iss. 2, article no. 024321. https://doi.org/10.1063/1.2147283
  8. Hou G. L., Liu C. W., Li R. Z., Xu H. G., Gao Y. Q., Zheng W. J. Emergence of solvent-separated Na+–Cl− ion pair in salt water: Photoelectron spectroscopy and theoretical calculations. J. Phys. Chem. Lett., 2017, vol. 8, iss. 1, pp. 13–20. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b02670
  9. Wei Z. Y., Yang L. J., Gong S. Y., Xu H. G., Xu X. L., Gao Y. Q., Zheng W. J. Comparison of the microsolvation of CaX2 (X = F, Cl, Br, I) in water: Size-selected anion photoelectron spectroscopy and theoretical calculations. J. Phys. Chem. A., 2021, vol. 125, iss. 16, pp. 3288–3306. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.1c00573
  10. Granovsky A. A. Firefly version 8. Available at: http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html (accessed October 3, 2022).
  11. Schmidt M. W., Baldridge K. K., Boatz J. A., Elbert S. T., Gordon M. S., Jensen J. H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K. A., Su S., Windus T. L., Dupuis M., Montgomery J. A. General atomic and molecular electronic structure system. J. Comput. Chem., 1993, vol. 14, no. 11, pp. 1347–1363. https://doi.org/10.1002/jcc.540141112
  12. Bode B. M., Gordon M. S. MacMolPlt: A graphical user interface for GAMESS. J. Mol. Graph. Model., 1998, vol. 16, iss. 3, pp. 133–138. https://doi.org/10.1016/s1093-3263(99)00002-9
  13. Morozov A., Nazdracheva T., Kochur A., Yavna V. Manifestation of hydration of Na+ and Cl- ions in the IR spectra of NaCl aqueous solutions in the range of 2750–4000 cm−1 . Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc., 2023, vol. 287 (Pt. 2), article no. 122119. https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.122119
  14. Downs R. T., Hall-Wallace M. The American mineralogist crystal structure database. American Mineralogist, 2003, vol. 88, pp. 247–250.
  15. Darling B. T., Dennison D. M. The Water vapor molecule. Phys. Rev., 1940, vol. 57, pp. 128–139.
  16. Benedict W. S., Gailar N., Plyler E. K. Rotation-vibration spectra of deuterated water vapor. J. Chem. Phys., 1956, vol. 24, pp. 1139–1165. https://doi.org/10.1063/1.1742731
  17. Morozov A., Nazdracheva T., Kochur A., Yavna V. Effect of sodium chloride on the profiles of the IR spectrum bands of kaolinite at moistures under plastic limit. Crystals, 2022, vol. 12, iss. 9, article no. 1224. https://doi.org/10.3390/cryst12091224
  18. Brubach J. B., Mermet A., Filabozzi A., Gerschel A., Roy P. Signatures of the hydrogen bonding in the infrared bands of water. J. Chem. Phys., 2005, vol. 122, article no. 184509. https://doi.org/10.1063/1.1894929

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах