Водный димер
Димер воды состоит из двух молекул воды, слабо связанных водородной связью . Это самый маленький водный кластер . Поскольку это простейшая модельная система для изучения водородных связей в воде, она стала объектом многих теоретических исследований. [1] [2] [3] (а позже и экспериментальные) исследования показали, что его назвали «теоретической морской свинкой». [4]
Структура и свойства
[ редактировать ]Энергия связи ab initio между двумя молекулами воды оценивается в 5-6 ккал/моль, хотя в зависимости от метода были получены значения от 3 до 8. Экспериментально измеренная энергия диссоциации (с учетом ядерных квантовых эффектов) (H 2 O) 2 и (D 2 O) 2 составляет 3,16 ± 0,03 ккал/моль (13,22 ± 0,12 кДж/моль). [5] и 3,56 ± 0,03 ккал/моль (14,88 ± 0,12 кДж/моль), [6] соответственно. Значения прекрасно согласуются с расчетами. [7] [8] Расстояние ОО основного колебательного состояния экспериментально измерено при ок. 2,98 Å; [9] Водородная связь почти линейна, но угол с плоскостью молекулы-акцептора составляет около 57°. Колебательное основное состояние известно как линейный димер воды (показан на рисунке справа), который представляет собой почти вытянутую вершину (а именно, с точки зрения констант вращения [ нужны разъяснения ] , А > В ≈ С). Другие представляющие интерес конфигурации включают циклический димер и раздвоенный димер.
История и актуальность
[ редактировать ]Первым теоретическим исследованием димера воды был расчет ab initio, опубликованный в 1968 году Морокумой и Педерсеном. [10] С тех пор димер воды находится в центре постоянного интереса химиков-теоретиков, занимающихся водородными связями: поиск в базе данных CAS до 2006 года дал более 1100 связанных ссылок (73 из них в 2005 году). не только служит моделью водородной связи, но и Считается, что (H 2 O) 2 играет значительную роль во многих атмосферных процессах, включая химические реакции, конденсацию и поглощение солнечной энергии атмосферой. [11] [12] [13] Кроме того, считается, что полное понимание димера воды играет ключевую роль в более глубоком понимании водородных связей в жидких и твердых формах воды.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Букингем, А.Д. Водородная связь, структура и свойства воды и димера воды. Журнал молекулярной структуры 1991 , 250 , 111-18.
- ^ Голдман Н., Лефорестье К. и Сайкалли Р.Дж., Димеры воды в атмосфере II: результаты потенциальной поверхности VRT (ASP-W) III, Журнал физической химии A , 2004 , 108 , с. 787-794.
- ^ Шютц, М.; Брдарский, С.; Видмарк, П.-О.; Линд, Р.; Карлстрем, Г. Энергия взаимодействия димера воды: сходимость к пределу базисного набора на коррелированном уровне, Journal Chemical Physics, 1997 , 107 , 4597-4605.
- ^ Джеффри, Джорджия; Введение в водородную связь (разделы физической химии) . Издательство Оксфордского университета, США (13 марта 1997 г.). ISBN 0-19-509549-9
- ^ Роше-Кастерлин, Бельгия; Чонг, LC; Мёлльнер, АК; Рейслер, Х. Журнал химической физики 2011 , 115 , 6903-6909 doi:10.1063/1.3598339
- ^ Чинг, LC; Саманта, АК; Чако, Г.; Боуман, Дж. М.; Рейслер, Х. Журнал Американского химического общества, 2012 , 134 , 15430 doi:10.1021/ja305500x
- ^ Шанк, А.; Ван, Ю.; Каледин А.; Браамс, Би Джей; Боуман. JM Journal of Chemical Physics 2009 , 130 , 144314 doi:10.1063/1.3112403
- ^ Лефорестье, К.; Салевич, К.; Ван дер Эвоирд, А. Журнал химической физики 2012 , 137 , 014305 doi:10.1063/1.4722338
- ^ Шайнер, С. Ab initio исследования водородных связей: парадигма димера воды. Ежегодный обзор физической химии 1994 , 45 , 23-56.
- ^ Морокума, К.; Педерсен, Л. Молекулярно-орбитальные исследования водородных связей. Расчет ab initio для димерной воды. Журнал химической физики 1968 , 48 , 3275-3282.
- ^ Tretyakov, M. Yu; Koshelev, M. A.; Serov, E. A.; Parshin, V. V.; Odintsova, T. A.; Bubnov, G. M. (2014). "Water dimer and the atmospheric continuum" . Physics-Uspekhi . 57 (11): 1083–1098. Bibcode : 2014PhyU...57.1083T . doi : 10.3367/UFNe.0184.201411c.1199 . S2CID 123138629 . Retrieved 23 June 2022 .
- ^ Англада, Дж. М.; Соле, А. (2016). «Влияние димера воды на реакционную способность карбонильных оксидов в атмосфере» . Физическая химия Химическая физика . 18 (26): 17689–17712. Бибкод : 2016PCCP...1817698A . дои : 10.1039/C6CP02531E . hdl : 2445/118855 . ПМИД 27308802 . Проверено 23 июня 2022 г.
- ^ Сайкалли, Р.Дж. (2013). «Простейший водный кластер оставляет за собой свой спектральный отпечаток» . Физика . 6 : 22. Бибкод : 2013PhyOJ...6...22S . дои : 10.1103/Физика.6.22 . Проверено 23 июня 2022 г.