Установление структурных, термодинамических, электронных и спектральных параметров комплексов и кластеров сероводорода в газовой фазе
Рассмотрение механизмов связей сероводорода и его соединений. Исследование средств для моделирования кластеров сероводорода в газовой фазе. Особенность установления термодинамических характеристик всех элементарных стадий и их кинетических параметров.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.01.2021 |
| Размер файла | 377,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Ухтинский государственный технический университет
Установление структурных, термодинамических, электронных и спектральных параметров комплексов и кластеров сероводорода в газовой фазе
Чувашов А.А. студент магистратуры 2 курс, институт геологии, нефтегазодобычи и трубопроводного транспота
Россия, г. Ухта
Аннотация
Статья посвящена рассмотрению механизмов связей сероводорода и его соединений. В статье рассматриваются средства для моделирования кластеров сероводорода в газовой фазе. Подробно изучены свойства сероводорода. Сделаны соответствующие выводы.
Ключевые слова: анализ, кластер, комплекс, сероводород, спектральные параметры.
Annotation
The article is devoted to consideration of the mechanisms of bonds of hydrogen sulfide and its compounds. The article discusses tools for modeling hydrogen sulfide clusters in the gas phase. The properties of hydrogen sulfide have been studied in detail. The corresponding conclusions are made.
Key words: analysis, cluster, complex, hydrogen sulfide, spectral parameters.
Цель работы: установление особенностей кинетики гидролиза H2S, протекающего с участием нейтральных моно- и дигидратных комплексов воды, установление структуры, термодинамических, электронных и спектральных характеристик промежуточных, реакционных и продуктовых комплексов и переходных состояний.
Задачи:
Установить структурные, термодинамические, электронные и спектральные параметры нейтральных моно- и дигидратных комплексов воды с H2S и сопоставить их с аналогичными параметрами нейтральных и заряженных комплексов и кластеров более сложного состава.
Установить термодинамические характеристики всех элементарных стадий и их кинетические параметры.
Сероводород H2S [1]:
Используется в химической промышленности для синтеза некоторых соединений, получения элементарной серы, серной кислоты, сульфидов. Реакции гидролиза
являются источником загрязнений технологических материалов, а их продукты ухудшают качество изделий.
Является источником загрязнения атмосферы, чрезвычайно опасен для здоровья
Гидролиз H2S по своим кинетическим особенностям сходен с гидролизом и гидратацией многих соединений, включая оксиды и галогениды серы, кремния, германия, углерода, урана, многие из которых используются в технологиях производства высокочистых веществ.
Газофазный гидролиз H2S является типичной реакцией, для объяснения механизма которой выдвигается идея участия кластеров воды:
В качестве метода исследования была выбрана теория функционала плотности (Б3ЬУР/6-311++0(2ё,2р)) для поиска стационарных точек ППЭ, построения непрерывных путей реакции [2].
Комплексы и кластеры, которые рассматривались как участники гидролиза H2S: сероводород газовый термодинамический кинетический
Реакции образования (расчет термодинамических параметров - метод G4):
Свободные энергии Гиббса (кДж•моль-1 ) и равновесные концентрации кластеров (молекул см-3 ), рассчитанные методами G4 и B3LYP/6- 311++G(2d,2p) (в скобках) в сравнении с данными других работ отражены на рисунке 1.
Типичные энергии энтальпии и энергии Гиббса (кДж•моль-1) образования различных типов участников гидролиза отражены на рисунке 2. Структура кластера (H2O)8, оптимизированная на уровне B3LYP/6- 311++G(2d,2p), показана на рисунке 3. Рассчитанные термодинамические характеристики приведены на рисунке 4. Профиль поверхности потенциальной энергии системы SOCl2+2H2O отражен на рисунке 5.
|
Схема реакции |
АГЕ(298), кДжмоль1 |
А,Я(298), кДж-моль-1 |
А,.0(298), кДжмоль1 |
|
|
НС1 + нН20^НС1(Н20)п |
-23 до-150 |
-14 до-119 |
15 до 74 |
|
|
НС1+(Н20)П->НС1(Н20> |
-30 до -50 |
-20 до -48 |
18 до -0,3 |
|
|
80С12+пН20-->* 50С12(Н20)„ |
-14 до-100 |
-9 до -90 |
20 до 60 |
|
|
80С12 і (Н20)„-> 80С12(Н20)п |
-20 до -35 |
-13 до -29 |
9 до 25 |
|
|
Н20(Н20)11^{Н+)-{Н20)п+(0Н-)(Н20)п |
675 до 1500 |
680 до 1550 |
630 до 1440 |
|
|
НС1(Н20)П^Н+(Н20)П+С1-(Н20)П |
400 до 1300 |
450 до 1320 |
418 до 1260 |
|
|
80С12{Н20)п - (80С1+)(Н20)п+(Н20)п-(С1) |
510 до 730 |
550 до 710 |
600 до 700 |
Рисунок 3. Структура кластера (Нр)8, оптимизированная на уровне B3LYP/6-3П++G(2d,2p).
|
Реакция |
ВЗЬУР/6-311 0(2(1,2р) |
|||
|
А ГЕ, |
АГН, |
дга |
||
|
НС1(Н20)8-->(Н+)-(Н20)4+(Н20)4-(С1~) |
428,6 |
428,4 |
360,7 |
|
|
НС1+(Н20)8--КН+) ¦ (Н20)4+(Н20)4 ¦ (С1 ) |
399,5 |
401,9 |
378,7 |
|
|
НС1+8Н20--»(Н+) ¦ (Н20)4+(Н20)4 ¦ (С1-) |
125,8 |
183,0 |
433,1 |
|
|
(Н20)8->2(Н20)4 |
103,9 |
93,8 |
13,2 |
|
|
НС1+(Н20)8-.НС1(Н20)8 |
-29,2 |
-26,5 |
18,0 |
|
|
НС1+8Н20->НС1(Н20)8 |
-302,9 |
-245,4 |
72,4 |
|
|
80С12+8Н20-->¦ 80С12(Н20)8 |
-37,9 |
-30,8 |
16,26 |
|
|
80С1(0Н)+8Н20--> 80С1(0Н)(Н20)8 |
-29,2 |
-26,5 |
18,1 |
Рисунок 2. Типичные энергии энтальпии и энергии Гиббса
Рисунок 4. Рассчитанные термодинамические характеристики -1 (кДжмоль ) реакций образования и диссоциации кластера (Н О)
Выводы
Впервые установлен механизм гидролиза тионилхлорида в газовой фазе, протекающий в составе нейтральных дигидратных комплексов различного строения, определены структурные, термодинамические и спектральные характеристики предреакционных комплексов, интермедиатов, термодинамические характеристики всех элементарных стадий, их кинетические параметры с учетом коэффициентов туннелирования.
Образование моно- и дигидратных комплексов SOQ2(H2O)n, п=1,2 в газовой фазе при условиях близких к стандартным с термодинамической точки зрения значительно более выгодно, чем образование нейтральных комплексов с п=3,4, а также заряженных кластеров воды и продуктов гидролиза вплоть до п=8. Энергии образования ионов в составе этих комплексов значительно превышают энергии активации молекулярного гидролиза SOQ2.
Механизм гидролиза, который проходит с участием нейтральных водных комплексов и кластеров (по крайней мере в комплексах с п=1,2, как показано в настоящей работе) не позволяет полностью объяснить экспериментально наблюдаемую аномально высокую скорость этого процесса в газовой фазе и свидетельствует о протекании параллельных реакций по иному механизму.
Использованные источники
1. Засовская, М.А. Физическая химия: Учебное пособие. Ч. 1: Введение в термодинамику / М.А. Засовская. - Ухта: Изд-во Ухтинского государственного технического университета, 2017. - 63 с.
2. Засовская, М.А. Химия. Термохимия: Методические указания / М.А. Засовская. - Ухта: Изд-во Ухтинского государственного технического университета, 2016. - 10 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Абсорбция из воздушной смеси сероводорода водой. Технологический и конструктивный расчет. Материальный баланс, определение массы улавливаемого сероводорода и расхода поглотителя. Гидравлическое сопротивление абсорбера. Конструкции фланцевых соединений.
курсовая работа [290,4 K], добавлен 06.05.2010Характеристика сернистых примесей. Классификация основых способов очистки от примесей сероводорода и других сернистых соединений. Сорбционные методы очистки газов от сероводорода растворами алканоламинов. Адсорбционные и окислительные методы очистки.
реферат [448,4 K], добавлен 15.05.2015Общие сведенья о понятии "кластер". Методы исследования свойств и поведения кластеров различных типов. Пути получения неравновесных кластеров в газовой среде. Строение и свойства кластеров. Фазовые переходы в кластерах. Кластеры в химических превращениях.
реферат [34,9 K], добавлен 25.01.2010Соли сероводородной кислоты. Концентрационные пределы воспламенения с воздухом. Использование сероводорода в лечебных целях. Собственная ионизация жидкого сероводорода. Промышленный способ получения серы. Воздействие разбавленных кислот на сульфиды.
презентация [620,3 K], добавлен 28.11.2014Кремнеземы с иммобилизованными серосодержащими группировками. Методика фотометрического определения металлов в водной фазе. Приготовление рабочих растворов. Метод рентгеновского определения металлов в фазе сорбента. Определение кинетических параметров.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 25.05.2015Квантово-химический расчет термодинамических данных при полной оптимизации геометрии и оценка количественного содержания наиболее стабильных таутомерных форм молекулы нитрогуанидина при стандартных условиях в газовой фазе с помощью программы GAUSSIAN-03.
курсовая работа [937,6 K], добавлен 08.06.2012Общая характеристика реакции полимеризации тетрафторэтилена. Расчет теплоемкости и других термодинамических параметров реагентов и продукта реакции. Схема построения самой длинной углеродной цепи и замещения групп. Изобарно-изотермический потенциал.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 13.12.2010Применение, физические и химические свойства концентрированной и разбавленной серной кислоты. Производство серной кислоты из серы, серного колчедана и сероводорода. Расчет технологических параметров производства серной кислоты, средства автоматизации.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 24.10.2011Определение термодинамических характеристик процессов плавления, испарения и сублимации исследуемого вещества (CsY (pta) 4). Дифференциальная сканирующая калориметрия. Особенности тензиметрического метода исследования зависимости давления от температуры.
реферат [194,9 K], добавлен 13.04.2012Порядок вычисления термодинамических функций. Описание физических, химических свойств вещества H2 и его применение. Вычисление термодинамических функций H0(T) - H0(0), S0(T), Ф0(T), G0(T) - G0(0) для заданного вещества Н2 в интервале температур 100-500К.
курсовая работа [111,6 K], добавлен 09.09.2008
