Link slot gacor adalah pilihan unggulan untuk menikmatislot gacordengan fitur modern, RTP tinggi, dan kesempatan meraih maxwin setiap hari. Temukan keseruan bermainslot onlineserver Thailand yang terkenal stabil dan gacor di tahun 2025. Proses deposit instan memudahkan kamu menjajalslot qrisdengan RTP menguntungkan di IJP88. Saksikan juga serunyastreaming boladalam kualitas tinggi dan koneksi anti-lag di setiap pertandingan. Jangan lewatkan jugaslot gacor terbaruuntuk update game dan promo terkini dari situs terpercaya. Kamu juga bisa cobasitus slot gacordengan koleksi game lengkap dan RTP tinggi. Jangan lupa nikmati juga slot gacor maxwin yang bisa jadi pilihan utama di antara banyak situs populer. Untuk kemudahan transaksi, gunakan layananSlot Danasebagai metode deposit yang cepat dan aman. Coba juga berbagai slot demo gratis untuk latihan dan hiburan tanpa risiko.
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛЫ, ДИМЕРА, ТРИМЕРА И КРИСТАЛЛА АММИАКА | Евразийский Союз Ученых - публикация научных статей в ежемесячном научном журнале
Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛЫ, ДИМЕРА, ТРИМЕРА И КРИСТАЛЛА АММИАКА



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Данные для цитирования: . ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛЫ, ДИМЕРА, ТРИМЕРА И КРИСТАЛЛА АММИАКА // Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале. Физико-математические науки. ; ():-.

Введение. Аммиак исследовался во многих работах. В частности, в работах [4,14] приводятся данные по димерам аммиака; в работе [12] описываются структуры тримеров. Результаты расчетов структуры кристалла и ряда термодинамических параметров приведены в [1,3]. В работе [2] обсуждается уравнение состояния кристаллического аммиака, некоторые термодинамические параметры и фазовые диаграммы. Так же уравнения состояния обсуждается в работе [8], а в работах [5,6] приводятся значения модулей упругости и их производных по давлению при различных параметрах для кристаллического аммиака.

В твердой фазе аммиак представляет собой бесцветные кристаллы, образованные кубической решеткой, симметрия P213 [11]. Элементарная ячейка содержит четыре молекулы аммиака, находящиеся в локальной симметрии C3v. Помимо изучения водородных связей в аммиаке, которые проявляют нелинейность, исследование кристаллического аммиака имеет важное практическое значение для астрономии, т.к. в космическом пространстве присутствует значительное количество аммиака и, кроме того, аммиак находится в большом количестве на Уране и Нептуне. В настоящей работе основные расчеты выполнялись с помощью программного пакета CRYSTAL09 [9].

Цель работы – исследование структуры молекулы, димера, тримера и кристалла аммиака, исследование геометрических параметров молекул в элементарной ячейке, получение некоторых энергетических и термодинамических параметров.

Структура молекулы, димеров, тримеров и кристалла аммиака. Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Полученные значения длины N-H связи в молекуле составляют 1,017 Å, валентные углы ∠HNH=106,4° в случаи использования базисов 3-1p1G и 6-31d1G [10], при использовании базисов TZVP длины N-H связей 1,011 Å,  валентные углы ∠HNH=108,5°. Полученная структура димера аммиака в базисах 3-1p1G и 6-31d1G приведена на рисунке 1 а. Расстояния между атомами азота составляет 3,269 Å.  При этом длина связи H2-N1 составляет 1,017 Å, валентный угол  ∠H2N1H3=106,1°. Угол ∠H5N6N1=21,5°. Таким образом, геометрические параметры молекул в димере близки к тем же параметрам свободных молекул. Отличие от нуля угла HN—N свидетельствует о нарушении линейности водородной связи в димере. Это обстоятельство отмечается так же в работе [13].

Структура тримера аммиака приведена на рисунке 1 б. При использовании базисов TZVP расстояния R между атомами N1 и N2 составляет 3,487 Å, R(N1-N3)= 3,117 Å, R(N2-N3)= 3,237 Å. Длины N-H связей в молекулах составляет 1.012 Å, за исключением связей N2-H8 и N3-H3, они составляют 1.02 Å. Углы HNN так же отличны от нуля, и составляют ∠H3N3N1=13,18°, ∠H8N2N3=8,75°. При использовании базисов 3-1p1G и 6-31d1G  R(N1-N2) =3,387 Å, R(N1-N3)=3,028 Å, R(N2-N3)=3,155 Å. Длины N-H связей в молекулах составляет 1.017 Å, за исключением связей N2-H8 и N3-H3, они составляют 1,026 Å, ∠H3N3N1=20,19°, ∠H8N2N3=8,14°. Таким образом, в тримере так же наблюдается нарушение линейности водородной связи, а геометрические параметры молекул тримера незначительно отличаются от тех же параметров свободных молекул.

Структура элементарной ячейки приведена на рисунке 2. По данным работы [1], в структурной фазе I, при давлении 0 Па и температуре 2 К постоянная решетки составляет 5,048 Å, объем элементарной ячейки 128,63 Å3.

По результатам расчетов настоящей работы, в структурной фазе I, при использовании потенциала B3LYP и базисов 3-1p1G для атомов водорода и 6-31d1G для атомов азота, постоянная решетки a=4,942 Å, отклонение от экспериментальных данных [1] составляет 2,10%.  Объем элементарной ячейки V=120,685 Å3. Длина H-N связи в молекулах составляет 1,022 Å, валентные углы HNH составляют 107,1°. Угол NH—N составляет 159,8°. Плотность 0,937 г/см3. При использовании базисов TZVP постоянная решетки a=4,955 Å (отклонение от экспериментальных данных [1] составляет 1,83%), объем элементарной ячейки V=121,69 Å3. Плотность 0,929 г/см3. Длина H-N связи в молекулах составляет 1.018 Å, валентные углы HNH составляют 107.9°. Угол   NH—N составляет 159.7°. Данные параметры молекул хорошо согласуются с работой [1]. Углы HN—N составляют 14,48°.

Энергетические и термодинамические параметры. Полная энергия системы (димера, тримера, элементарной ячейки) рассчитывалась по формуле

EFULL=EL+E0+Edisp

где EL ­– энергия электронной системы, E0 – энергия нулевых колебаний, Edisp – дисперсионная энергия. Расчет дисперсионной энергии производился так же используемым программным пакетом, в котором реализована расчетная схема для дисперсионной энергии Grimme06 [7]. При её расчете использовались дисперсионные коэффициенты C6(H)=0.14 J*nm6/mol; C6(N)=1.23 J*nm6/mol; и радиусы Ван-Дер-Ваальса  R(H)=1.09 Å; R(N)=1.61 Å. Дисперсионная энергия, полная энергия тримера и элементарной ячейки приведены в таблице 1. Заселенность N-H связи P, характеризующая прочность связи, а следовательно и предопределяющая энергию связи, так же приведена в таблице 1. Для оценки распределения заряда в молекулах получены значения избыточных зарядов на атомах δq.

Таблица 1.

Полная энергия, ат.ед. (EFULL), энергия нулевых колебаний, ат.ед. (E0), дисперсионная энергия, ккал/моль, (Edisp),  заселенность NH связи (P) в единицах элементарного заряда, избыточные заряды на атомах (δq), в единицах элементарного заряда.

Тример

Кристалл

Базисы /

Параметр

3-1p1G и 6-31d1G TZVP TZVP 3-1p1G и 6-31d1G
EFULL -169,47156 -169,533365 -226,1355 -226,04648
E0 0,110276 0,108508 0,155234 0,156022
Edisp -4,3568 -3,7123 -27,9988 -19,3824
P 0.305 (N1-H1) 0.314 (N3-H3) 0.391 (N1-H1) 0.401 (N3-H3) 0,377 0,315
 

δq(N)

-0.710 (N1)     -0.729 (N2)

-0.738 (N3)

-0.532 (N1)     -0.550 (N2)

-0.576 (N3)

 

0,581

 

0,809

 

δq(H)

0,275 (H3)

0,281 (H8)

0,229 (H1)

0,183 (H1)

0,231 (H3)

0,234 (H8)

 

-0,194

 

-0,270

1 Ат.ед. = 27,211396 эВ.

В тримере заселенность N-H связей и избыточные заряды на атомах зависят главным образом от относительной ориентации линий химических связей различных молекул. Полная энергия димера, рассчитанного в базисах 3-1p1G и 6-31d1G  составляет -112,9748 ат.ед. Энергия диссоциации димера на молекулы, полученная как разность полной энергии димера и полной энергии свободных молекул составила -3,67 ккал/моль. В работе [4] эта энергия составляет -3,2 ккал/моль. Дисперсионная энергия в работе [14] -0.52 ккал/моль, что отличается от расчетного значения (в настоящей работе -0,871 ккал/моль).

При исследовании кристалла аммиака так же получены значения изотермического модуля объемного сжатия  B0, и его первая производная по объему B1 . полученные значения приведены в таблице 2. Использовались уравнения: уравнение состояние твердого тела в виде Birch–Murnaghan (BMEOS) [8], уравнение состояния в виде Vinet (VEOS).

Таблица 2.

Объем элементарной ячейки (V0), Å3; изотермический модуль объемного сжатия  (B0), Гпа; производная B0 по давлению (B1).

 

V0 B0

B1

BMEOS

116,947 137,328

132,0 [5,6]

12,19 6,67

7,1 [5,6]

5,96

5,02

5,97 [5,6]

VEOS 116,946 12,20 5,96

По результатам расчетов, молярная теплоемкость кристалла при постоянном давлении Cp, при использовании базисов 3-1p1G для атомов водорода и 6-31d1G для атомов азота, составила 134,53 Дж*моль-1-1, энтропия S=117,95 Дж*моль-1-1. При использовании базисов TZVP, Cp=135,35 Дж*моль-1-1, S= 109,17 Дж*моль-1-1.

Заключение. В результате проведенного исследования структуры молекулы, димера, тримера и кристалла аммиака установлено, что полученные геометрические параметры соответствующих структур и энергетические параметры удовлетворительно согласуются с литературными данными. Полученные изотермические модули объемного сжатия отличаются от литературных данных. Для димеров угол HN—N составляет 13,18° и 8,75°; в тримере угол HN—N составляет 20,19° и 8,14°, в зависимости от используемого базиса. В кристаллической решетке угол  HN—N составляет 14,48°. Таким образом, в димере, тримере и кристалле аммиака наблюдается нарушение линейности водородной связи.

Особая благодарность выражается научному руководителю – Журавлеву Юрию Николаевичу, д.ф-м.н, профессору, за постановку задачи и полезные
консультации при обсуждении полученных результатов.

Список литературы:

  1. Fortes A. D. Hydrogen bonding in solid ammonia from ab initio calculations /A. D. Fortes, J. P. Brodholt, I. G. Wood, and L. Voadlo // The Journal of Chemical Physics (2003) 118, 5987; doi: 10.1063/1.1555630.
  2. Mandy Bethkenhagen. Equation of state and phase diagram of ammonia at high pressures from ab initio simulations / Mandy Bethkenhagen, Martin French, and Ronald Redmer // The Journal of Chemical Physics (2013) 138, 234504; doi: 10.1063/1.4810883.
  3. Loveday J. S. Structure of Deuterated Ammonia IV / J. S. Loveday, R. J. Nelmes, and W. G. Marshall // Volume 76, number 1 Physical Review Letters.
  4. Tobias Benighaus. Semiempirical Double-Hybrid Density Functional with Improved Description ofLong-Range Correlation / Tobias Benighaus, Robert A. DiStasio, Jr., Rohini C. Lochan, Jeng-Da Chai, and Martin Head-Gordon // Phys. Chem. A 2008, 112, 2702-2712.
  5. Fortes A.D. Hydrogen bonding in solid ammonia from ab initio calculations / A. D. Fortes, J. P. Brodholt, I. G. Wood, and L. Vocˇadlo // Journal of Chemical Physics 2003. V. 118, N 13. P. 5987.
  6. Datchi F. Solid ammonia at high pressure: A single-crystal x-ray diffraction study to 123 GPa / F. Datchi, S. Ninet, M. Gauthier, A. M. Saitta, B. Canny, and F. // Physical Review B 2006. V.73, N 174111.
  7. S. Grimme. Semiempirical gga-type density functional constructed with along range dispersion correction. J. Comput. Chem., 27:1787-, 2006.
  1. I. A. Fedorov, Y. N. Zhuravlev, V. P. Berveno Structural and electronic properties of perylene from firstprinciples calculations // Journal of Chemical Physics 2013.V.138, N. 094509.
  2. Dovesi, R. CRYSTAL09 User’s Manual / R. Dovesi, V.R. Saunders, C. Roetti [et al.] // Torino: University of Torino. — 2010.
  3. CRYSTAL Basis Sets Library [Электронный ресурс] URL: (дата обращения 30.07.2014).
  4. Qiang Zhu Constrained evolutionary algorithm for structure prediction of molecular crystals: methodology and applications / Qiang Zhu, Artem R. Oganov, Colin W. Glass and Harold T. Stokes // ActaCryst. (2012). B68, 215–226. doi:10.1107/S0108768112017466.
  5. Odutola J.A. Molecular beam electric deflection study of ammonia polymers /J. A. Odutola, T. R. Dyke, B. J. Howard, and J. S. Muenter // The Journal of Chemical Physics (1979) 70, 4884; doi: 10.1063/1.437366.
  6. A. Daniel Boese From ab initio quantum chemistry to molecular dynamics:The delicate case of hydrogen bonding in ammonia / A. Daniel Boese, Amalendu Chandra, Dominik Marx // Journal of Chemical Physics. 2003. V. 119, N. 12. P.5965.
  1. E. R. Johnson. A post-Hartree-Fock model of intermolecular interactions: Inclusion of higher-order corrections / E. R. Johnson and A. D. Becke // The Journal of Chemical Physics. (2006) 124, 174104.[schema type=»book» name=»ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛЫ, ДИМЕРА, ТРИМЕРА И КРИСТАЛЛА АММИАКА» description=»Методами компьютерного моделирования, с использованием гибридного обменно-корреляционного потенциала B3LYP в базисах TZVP, 3-1p1G и 6-31d1G, исследованы структуры молекулы, димеров, тримеров и эле-ментарной ячейки кристаллического аммиака, получены заселенность химических связей, избыточные заряды на атомах, некоторые термодинамические и энергетические параметры.» author=»Клишин Юрий Александрович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-24″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.01.2015_01(10)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 9819

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх
404: Not Found404: Not Found