Влияние присутствия комплексов [Al(H₂O)₆]³⁺ на микроструктуру и молекулярную подвижность в смесях нитратов этиламмония и алюминия по данным моделирования молекулярной динамики

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние присутствия водного комплекса вблизи катиона алюминия ([Al(H2O)6]3+) на микроструктуру и молекулярную подвижность в смеси нитрата этиламмония (ЭАН) и нитрата алюминия. В качестве метода исследования выбран метод молекулярно-динамического моделирования, который позволяет описывать эволюцию системы на молекулярном уровне. Проанализированы результаты моделирования трех систем: ЭАН, ЭАН + Al(NO3)3 и ЭАН + [Al(H2O)6]3+[(NO3–)3]. Для детального анализа изменений в микроструктуре при добавлении безводного нитрата алюминия в ЭАН и при добавлении аквакомплексов вокруг ионов алюминия расчитаны функции радиального распределения. Кроме того, рассчитаны несколько кинетических характеристик для системы ЭАН + [Al(H2O)6]3+[(NO3–)3]: коэффициенты самодиффузии компонентов смеси и времена вращательной переориентации нитрат-аниона. Продемонстрировано, что вода, появляющаяся при приготовлении смесей с солями алюминия, которая в некоторых случаях не может быть полностью удалена стандартными методами, оказывает заметное влияние на структуру и свойства системы. Этот эффект следует учитывать при разработке смесей для различных применений.

Об авторах

М. Убович

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

А. В. Егорова

Санкт-Петербургский государственный университет

Санкт-Петербург, Россия

В. И. Чижик

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: v.chizhik@spbu.ru
Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Ionic Liquids – Classes and Properties / Ed. by Handy S. InTech, 2011. 344 p.
  2. Ionic Liquids in Synthesis / Ed. by Wasserscheid P., Welton T.: Wiley-VCH: Weinheim, 2008. 776 p.
  3. Ionic Liquids / Ed. by B. Kirchner, B. Clare: Topics in current chemistry; Springer Verlag: Heidelberg; New York, 2009. 345 p.
  4. Electrochemical Aspects of Ionic Liquids, Second Edition / Ed. by Ohno H., N.J. Wiley: Hoboken, 2011. 504 p.
  5. Ghandi K. // Green Sustain. Chem. 2014. V. 4. № 1. P. 44. https://doi.org/10.4236/gsc.2014.41008.
  6. Fedorov M.V., Kornyshev A.A. // Chem. Rev. 2014. V. 114. № 5. P. 2978. https://doi.org/10.1021/cr400374x.
  7. Timperman L., Béguin F., Frackowiak E., Anouti M. // J. Electrochem. Soc. 2014. V. 161. № 3. P. A228. https://doi.org/10.1149/2.016403jes.
  8. Salanne M. // Top. Curr. Chem. 2017. V. 375. № 3. P. 63. https://doi.org/10.1007/s41061-017-0150-7.
  9. Lu X., Burrell G., Separovic F., Zhao C. // J. Phys. Chem. B. 2012. V. 116. № 30. P. 9160. https://doi.org/10.1021/jp304735p.
  10. Plechkova N.V., Seddon K.R. // Chem. Soc. Rev. 2008. V. 37. P. 123. https://doi.org/10.1039/B006677J.
  11. Scarpellini E., Usula M., Caminiti R. // J. Mol. Liq. 2017. V. 226. P. 9. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.09.095.
  12. Balducci A. // Top. Curr. Chem. 2017. V. 375. № 2. P. 20. https://10.1007/s41061-017-0109-8.
  13. Forsyth M., Yoon H., Chen F., et al. // J. Phys. Chem. C. 2016. V. 120. № 8. P. 4276. 10.1021/acs.jpcc.5b11746.
  14. Overbeck V., Appelhagen A., Rößler R., et al. // J. Mol. Liq. 2021. V. 322. P. 114983. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114983.
  15. Filippov A., Alexandrov A.S., Gimatdinov R., Shah F.U. // J. Mol. Liq. 2021. V. 340. P. 116841. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.116841.
  16. Filippov A., Gnezdilov O.I., Luchkin A.G., Antzutkin O.N. // J. Mol. Liq. 2019. V. 284 P. 366. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.04.021.
  17. Hjalmarsson N., Atkin R., Rutland M.W. // J. Phys. Chem. C. 2016. V. 120. № 47. P. 26960. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b10626.
  18. Johnson C.A., Parker A.W., Donaldson P.M., Garrett-Roe S. // J. Chem. Phys. 2021. V. 154. № 13. P. 134502. https://doi.org/10.1063/5.0044822.
  19. Ausín D., Trenzado J.L., Turmine M., et al. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 16040. https://doi.org/10.3390/ijms232416040.
  20. Sonnleitner T., Turton D.A., Hefter G., et al. // J. Phys. Chem. B. 2015. V. 119. № 29. P. 8826. https://doi.org/10.1021/jp502935t.
  21. Gnezdilov O.I., Antzutkin O.N., Gimatdinov R., Filippov A. // Magn. Reson. Imag. 2020. V. 74. P. 84. https://doi.org/10.1016/j.mri.2020.09.012.
  22. Mariani A., Bonomo M., Wu B., et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2017. V. 19. P. 27212. https://doi.org/10.1039/C7CP04592A.
  23. Gomez-Gonzalez V., Docampo-Alvarez B., Montes-Campos H., et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. № 28. P. 19071. https://doi.org/10.1039/C8CP02933D.
  24. Matveev V.V., Ievlev A.V., Vovk M.A., et al. // J. Mol. Liq. 2019. V. 278. P. 239. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.01.010.
  25. Matveev V.V., Ievlev A.V., Šoltésová M., et al. // Magn. Reson. Chem. 2022. V. 60. № 2. P. 221. https://doi.org/10.1002/mrc.5220.
  26. Ubovich M., Egorov A.V., Chizhik V.I. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2022. V. 96. № 7. P. 1427. https://doi.org/10.1134/S0036024422070330.
  27. Lyubartsev A.P., Laaksonen A. // Comp. Phys. Comm. 2000. V. 128. № 3. P. 565. https://doi.org/10.1016/S0010-4655(99)00529-9.
  28. Nose S. // Mol. Phys. 1984. V. 52. № 2. P. 255. https://doi.org/10.1080/00268978400101201.
  29. Martyna G.J., Tobias D.J., Klein M.L. // J. Chem. Phys. 1994. V. 101. № 5. P. 4177. https://doi.org/10.1063/1.467468.
  30. Martyna G.J., Tuckerman M.E., Tobias D.J., Klein M.L. // Mol. Phys. 1995. V. 87. № 5. P. 1117. https://doi.org/10.1080/00268979600100761.
  31. Verlet L. // Phys. Rev. 1967. V. 159 № 1. P. 98. doi: 10.1103/PhysRev.159.98.
  32. Ewald P.P. // Ann. Phys. 1921. V. 369 № 3. P. 253. http://dx.doi.org/10.1002/andp.19213690304.
  33. Ebner C., Sansone R., Hengrasmee S., Probst M. // Int. J. Quant. Chem. 1999. V. 75. P. 805. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097–461X(1999)75:4/5<805:: AID-QUA45>3.0.CO;2-Y.
  34. Megyes T., Balint S., Peter E., et al. // J. Phys. Chem. B. 2009. V. 113. № 13. P. 4054. https://doi.org/10.1021/jp806411c.
  35. Umebayashi Y., Chung W.-L., Mitsugi T., et al. // J. Comput. Chem. Jpn. 2008. V. 7. № 4. P. 125. https://doi.org/10.2477/jccj.H2013.
  36. Laaksonen A., Kovacs H. // Can. J. Chem. 1994. V. 72. № 11. P. 2278. https://doi.org/10.1139/v94-290.
  37. Choe J.-I., Kim K., Chang S.-K. // Bull. Korean Chem. Soc. 2000. V. 21. № 2. P. 200.
  38. Gómez-González V., Docampo-Álvarez B., Otero-Mato J.M., et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. № 28. P. 12767. https://doi.org/10.1039/C8CP01180J
  39. Méndez-Morales T., Carrete J., Cabeza O., et al. // J. Phys. Chem. B. 2014. V. 118. № 3. P. 761. https://doi.org/10.1021/jp410090f.
  40. Gómez-González V., Docampo-Álvarez B., Cabeza O., et al. // J. Chem. Phys. 2015. V. 143. № 12. P. 124507. https://doi.org/10.1063/1.4931656.
  41. Gómez-González V., Docampo-Álvarez B., Otero-Mato J., et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. P. 12767. https://doi.org/10.1039/C8CP01180J.
  42. Faro T.M.C., Thim G.P., Skaf M.S. // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. P. 114509. https://doi.org/10.1063/1.3364110.
  43. Rappé A., Casewit C., Colwell K., et al. // J. Am. Chem. Soc. 1992. V. 114. № 25. P. 10024. https://doi.org/10.1021/ja00051a040.
  44. Wasserman E., Rustad J.R., Xantheas S.S. // J. Chem. Phys. 1997. V. 106. P. 9769. https://doi.org/10.1063/1.473866.
  45. Spångberg D., Hermansson K. // J. Chem. Phys. 2004. V. 120. P. 4829. https://doi.org/10.1063/1.1641191.
  46. Martínez J.M., Pappalardo R.R., Marcos E.S. // J. Am. Chem. Soc. 1999. V. 121. № 13. P. 3175. https://doi.org/10.1021/ja9830748.
  47. Lauenstein A., Hermansson K., Lindgren J., et al. // Int. J. Quant. Chem. 2000. V. 80. P. 892. https://doi.org/10.1002/1097-461X(2000)80:4/5<892:: AID-QUA39>3.0.CO;2-Q.
  48. Hofer T.S., Randolf B.R., Rode B.M. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. P. 1382. https://doi.org/10.1039/B417491G.
  49. Bylaska E.J., Valiev M., Rustad J.R., Weare J.H. // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. № 10. P. 104505. https://doi.org/10.1063/1.2566868.
  50. Berendsen H.J.C., Grigera J.R., Straatsma T.P. // J. Phys. Chem. 1987. V. 91. № 24. P. 6269. https://doi.org/10.1021/J100308A038.
  51. Ryckaert J. – P., Ciccotti G., Berendsen H.J.C. // J. Comput. Phys. 1977. V. 23. № 3. P. 327. https://doi.org/10.1016/0021-9991(77)90098-5.
  52. Jacquet Q., Rousse G., Iadecola A., et al. // Chem. Mater. 2018. V. 30. № 2. P. 392. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b04117.
  53. Ubovich M., Matveev V.V., Vovk M.A., Chizhik V.I. // J. Phys. Chem. Lett. 2023. V. 14. № 41. P. 9324. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c01965.
  54. Kharkov B.B., Podkorytov I.S., Bondarev S.A., et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2021. V. 60. P. 15445. https://doi.org/10.1002/anie.202102408.
  55. Podkorytov I.S., Skrynnikov N.R. // J. Magn. Reson. 2022. V. 344. P. 107303. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2022.107303.
  56. Gordon R.G. // Adv. Magn. Opt. Reson. 1968. V. 3. P. 1. https://doi.org/10.1016/B978-1-4832-3116-7.50008-4.
  57. Magnetic Resonance and Its Applications / Ed. by V.I. Chizhik, Y.S. Chernyshev, A.V. Donets, V.V. Frolov, A.V. Komolkin, M.G. Shelyapina. Springer-Verlag, 2014. 782 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05299-1.
  58. Куни Ф.М. Статистическая физика и термодинамика. М.: Наука, 1981. 352 с.
  59. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть 1. 5-е изд. М.: Физматлит, 2001. 616 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025