CC BY
22024
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Приглашенный доклад
ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ АЦЕТОНИТРИЛА С ПОМОЩЬЮ DFT РАСЧЕТОВ КЛАСТЕРОВ (CH3CN)m • (H2O)n
Богдан Т.В., Абрамович А.И., Фирсов Д.А., Черткова В.П.
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Химический факультет, Российская Федерация, 119991, Москва, Ленинские Горы, д.1 стр. 3 e-mail: [email protected]
Для водных растворов характерно появление микрогетерогенности, что объясняется полным или частичным разрушением сетки водородных связей в воде и образованием различных по структуре агломератов. В области малых концентраций неэлектролитов наблюдаются аномалии концентрационных зависимостей ряда физических свойств, и эта область наиболее хорошо изучена. Область средних и больших концентраций изучена относительно слабо.
В докладе представлены результаты экспериментального изучения водных растворов ацетонитрила (АЦН) во всей области концентраций. Взаимодействие между молекулами воды и АЦН при образовании растворов приводит к перестройке структуры обоих компонентов. В растворах вода - АЦН возможны различные виды взаимодействий: вода-вода, АЦН-вода, АЦН-АЦН. На основе анализа ряда физических свойств вся область существования водных растворов АЦН была разделена на 5 различающихся по структуре интервалов: х = 0-0.1, 0.10-0.35, 0.35-0.60, 0.6-0.9, 0.9-1.0 м.д. АЦН [1]. Особенности структуры в каждом из них были объяснены образованием различающихся по структуре молекулярных агломератов.
Для анализа строения молекулярных агломератов в водных растворах АЦН мы исследовали межмолекулярные взаимодействия в кластерах вода-ацетонитрил конечного размера, полагая, что агломераты в растворах сопоставимы по размеру и структуре с исследованными нами кластерами. Строение кластеров (CH3CN)m • (H^^ было рассчитано методом теории функционала плотности с функционалом B3LYP/cc-pvdz с учетом дисперсионной поправки Гримме D3 [2].
Полученные данные о взаимном расположении молекул воды и АЦН в кластерах использованы для интерпретации экспериментальных данных и построения модели водных растворов ацетонитрила.
Данный подход к описанию строения водных растворов представляется перспективным для описания межмолекулярных взаимодействий и структуры растворов различного состава. Следует отметить, что подобный подход ранее был использован для описания структуры водных растворов электролитов [3].
Работа выполнена в рамках темы «Молекулярное строение и надмолекулярная организация индивидуальных веществ, гибридных и функциональных материалов» (121031300090-2).
Литература:
[1] А. И. Абрамович и Л. В. Ланшина, Анализ структуры водных растворов ацетонитрила на основе изучения объемно-упругих свойств, Журнал физической химии, 88, 815-821 (2014).
[2] Т.В. Богдан, Д.А. Фирсов, В.П. Черткова, и А.И. Абрамович, Расчет строения кластеров (СН3С^п и (СН3С№)п1Н20 методом теории функционала плотности, Журнал структурной химии, 65 (11), 134865 (2024).
[3] А.К. Лященко, А.Ю. Засецкий, Изменения структурного состояния, динамики молекул воды и свойств растворов при переходе к электролитно-водному растворителю, Журнал структурной химии, 39(5), 851-863 (1998).
