Архив публикаций

Тезисы

XXIII-ая конференция

ТФП-моделирование n-меров серной кислоты

Надыкто А.Б, Херб Дж., Назаренко Е.С.¹, Назаренко К.М.¹, Ю Ф.

State University of New York at Albany, 251 Fuller Rd., Albany, NY 12203, USA

¹Московский Государственный Технологический Университет «Станкин», 127055 Россия, г. Москва, Вадковский пер., д. 3а, e-mail: soralumina@gmail.com

1  стр. (принято к публикации)

В данной работе проведен численный эксперимент по определению структуры и свойств N-меров серной кислоты (N=0-7). Исследования проведены с помощью Теории Функционала Плотности (ТФП) с использованием PW91PW91/6-311++G(3df,3pd) метода [1]. Определены термодинамические и дипольные свойства (H₂SО₄)_N и исследован переход газ-кластер-макроскопическая жидкость, происходящий в ходе их формирования. Проведено сравнение модельных результатов с экспериментальными данными и показано, что переход пошаговых изменений свободной энергии Гиббса к значениям, характерным для макроскопической жидкости, происходит очень быстро. Так, например при N>5, различие между значениями свободной энергии Гиббса реакции присоединения мономера отличается от соответствующей величины для жидкой H₂SО₄ не более чем на 1-1.5 ккал/моль, которые не превышают типичную погрешность измерений и расчетов. А это означает, что уже на 6-7 шаге формирования кластеров их термодинамические характеристики практически неотличимы от характеристик макроскопической H₂SО₄ жидкости, что, в свою очередь, указывает на возможность применения классического приближения сплошной среды к системам нанометрового размера, вглубь нано- и микро- шкал вплоть до кластеров, состоящих из десятка молекул. С другой стороны, значительные отклонения пошаговых значений свободной энергии Гиббса от значения, характеризующего макроскопическую жидкость, указывают на недопустимость применения классического приближения сплошной среды в задачах, в которых происходит образование наночастиц из газовой фазы (нуклеация, расчет энергии образования кластеров) без вычисления квантовой поправки в области малых размеров (N менее 5). Предел применимости приближения сплошной среды индивидуален для каждого вещества/соединения и может быть получен с помощью квантовых расчетов. Другим важным результатом исследования являются дипольные характеристики исследуемых N-меров [2]. В частности, в целом ряде случаев дипольный момент (H₂SО₄)_N достаточно высок, что напрямую влияет на скорости захвата данных соединений, которые в изобилии присутствуют в атмосфере, заряженными наночастицами, что в итоге приводит к высокой токсичности формируемых нано- и ультрадисперсных частиц.

Литература.

1. Nadykto, A. B., J. Herb, F. Yu, Y. Xu, and E. S. Nazarenko. Estimating the Lower Limit of the Impact of Amines on Nucleation in the Earth’s Atmosphere. Entropy 17 (5), 2764-2780 (2015).

2. Nadykto, A. B., Yu, F. Dipole moment of condensing monomers: A new parameter controlling the ion-induced nucleation. Phys.Rev.Lett.,93(1), 016101 (2004).

• открыть в PDF формате (на русском языке) (PDF)