Информация о работе
Подробнее о работе
Изучение водородных связей в протонных алкиламмониевых ионных жидкостях на основе квантово-химических расчетов
- 56 страниц
- 2022 год
- 2 просмотра
- 0 покупок
Гарантия сервиса Автор24
Уникальность не ниже 50%
Фрагменты работ
Протонные ионные жидкости (ПИЖ) являются важным подклассом
ионных жидкостей (ИЖ) и обладают набором уникальных физико-химических
свойств (низкое давление паров, высокая термическая стабильность, высокая
ионная проводимость, большое электрохимическое окно), присущим ионным
жидкостям в целом. Их отличительной особенностью является присутствие
«активного» подвижного протона на катионе, позволяющего образовывать
водородные связи с анионом. В виду своей силы и направленности водородные
связи в ПИЖ определяют взаимную ориентацию катиона и аниона и
возникающие при этом структуры в жидком состоянии, влияя тем самым на их
физико-химические свойства. Как и в воде, наличие подвижных протонов и
протон-акцепторных центров в ПИЖ способствуют образованию сетки
водородных связей, которая обеспечивает высокую протонную проводимость
этих соединений, что позволяет использовать их при создании
протонпроводящих мембран для водородных топливных элементов. Благодаря
широкому спектру многих возможных комбинаций катионов и анионов,
составляющих ПИЖ, их изучение зачастую неосуществимо с помощью
экспериментальных методов, что вызывает необходимость применения методов
квантово-химических расчетов и компьютерного моделирования. Квантовохимические расчеты не только вносят ясность в понимание структуры и
характера взаимодействия между ионами в ПИЖ, но и позволяют обнаружить
определенные корреляции между структурой ионной жидкости и ее физикохимическими свойствами.
Введение.................................................................................................................... 3
1. Первая глава. Обзор литературы........................................................... 6
1.1. Водородная связь. Общие понятия, классификация ..................................... 6
1.2. Общие сведения об ионных жидкостях.......................................................... 9
1.3. Образование протонных ионных жидкостей ............................................... 11
1.4. Особенности водородных связей в протонных ионных жидкостях.......... 13
1.5. Квантово – химические методы в изучении структуры и
взаимодействий в протонных ионных жидкостях.............................................. 15
1.6. Квантово – топологический анализ межатомных взаимодействий
(теория Бейдера)..................................................................................................... 19
2. Вторая глава. Экспериментальная часть......................................... 23
2.1. Объекты исследования ................................................................................... 23
2.2. Методика компьютерных расчетов............................................................... 24
3. Третья глава. Результаты и их обсуждение..................................... 26
3.1. Кислотно основное взаимодействие аммиака и его моно и
диэтилпроизводных с протонными кислотами................................................... 26
3.2. Изучение строения ионных кластеров гидросульфат этиламмония
(С2Н5NH3/HSO4)n (n=2-6) с водородными связями............................................. 32
4. Заключение и выводы............................................................................... 40
5. Список использованных источников................................................. 41
Приложение……………………………………………….………….………….51
Цель работы. Изучение структуры и межчастичных взаимодействий, а
прежде всего, свойств водородной связи в протонных ионных жидкостях при
помощи квантово-химических методов расчета.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
исследование кислотно-основного взаимодействия аммиака и его
моно и диэтилпроизводных с протонными кислотами различной силы. Анализ
влияния силы кислоты и основания на тип образующегося в результате данного
4
взаимодействия комплекса. Изучение природы взаимодействий и особенностей
водородного связывания в образующихся соединений.
Изучение структуры и взаимодействий между ионами в протонной
ионной жидкости гидросульфат этиламмония. Топологический анализ
водородных связей. Выявление особенностей в изменении структуры данной
ПИЖ при переходе от ионной пары к модели кластера.
В ходе работы обобщены и проанализированы результаты квантовохимических исследований кислотно-основного взаимодействия NH3 и
алкиламинов (R)nNH3-n (R=СН3, С2Н5, С3Н7, С4Н9 и n=1–3) с рядом протонных
кислот различной силы. Показано, что для оценки степени переноса протона от
кислоты к основанию в качестве альтернативы ΔpKa можно использовать
величины разности протонного сродства аниона кислоты и основания.
Установлено, что взаимодействие кислоты с NH3 и алкиламином сводится
к переносу протона и образованию ионных пар в том случае, если ΔPA < 400
кДж/моль или ΔpKa > 12. Увеличение параметра РА приводит к усилению
ион-ионного взаимодействия в ионных парах и ослаблению кислотноосновного взаимодействия в молекулярных комплексах.
Показано, что взаимодействие катиона этиламмония с гидросульфат
анионом как в единичной ионной паре, так и в ионных кластерах
(С2Н5NH3/HSO4)n для n=2-6 осуществляется за счет кулоновского,
дисперсионного и водородно-связывающего взаимодействия. Водородные
связи N-H…O в ионных кластерах могут быть охарактеризованы как связи
средней силы. Объединение ионных пар в кластер приводит к существенному
выигрышу в энергии ион-ионного взаимодействия. При этом величины
энергии, рассчитанные на ионную пару, заметно увеличиваются с размером
кластера только до n=4, а затем меняются незначительно. По мере увеличения
размера кластера вклад дисперсионных взаимодействий в общую энергию
системы возрастает, тогда как вклад водородных связей становится меньше.
Список литературы состоит из 91 зарубежного источника
Форма заказа новой работы
Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям
