溶剂化热力学的理论研究(Ⅴ)——含水混合溶剂中AgCl、AgBrO3溶度积的理论计算

本文以AgCl、AgBrO₃在一系列浓度的MeOH-H₂O、EtOH-H₂O、PrOH-H₂O、Me₂CO-H₂O及DMSO-H₂O混合溶剂中的离解平衡为研究对象,从离子溶剂化能的角度计算了这些难溶盐的溶度积,计算结果与文献值吻合较好.     

F-(H2O)n(n=1～4)体系的结构、偶极矩、极化率和一阶超极化率的从头计算

用MP2方法得到F^-(H₂O)_n(n=1～4)体系的优化几何结构.依据优化结构计算偶极矩μ₀、极化率α₀、各向异性极化率Δα和一阶超极化率β₀,研究了基组效应.讨论了溶剂水分子数、溶剂水分子排布及溶剂层数变化诸因素对体系超极化率等性质的影响.     

电解质在混合溶剂中的活度系数及溶剂化数的研究——KClO4-CH3OH-非电解质体系

本文测定了KClO₄在甲醇-苯,甲醇-甲苯,甲醇-四氯化碳及甲醇-环己烷四个混合溶剂中的溶解度。使用A.D'Aprano[4]和C.W.Davies[2],报告的KClO₄及KNO₃在甲醇中的缔合常数,计算得“自由离子”浓度。盐的介质效应活度系数f_MX以S_o/S_m或S_o±、D_m±的表示值趋近相等,与非电解质的摩尔分数X₍Ne的关系符合经验公式:1gf_MX=kX_Ne,这里S_o和S_m分别是盐在甲醇和混合溶剂中的溶解度;脚注(±)标识“自由离子”;k为常数。电解质的溶剂化数公式:n₊+n_-=-21gf_MX/1gφ_ρ,对KClO₄在这些混合溶剂中的情况并不适用,这里n₊+n_-是正、负离子溶剂化数之和;φ_p是甲醇在混合溶剂中的体积分数。这个结果表明ClO₄^-的溶剂化层不是完全由甲醇分子所形成,非电解质也影响着ClO₄^-在这些溶剂中的溶剂化层。KNO₃的实验数据,溶解度公式和溶剂化数公式是引自李芝芬、黄子卿、刘瑞麟以前的论文。     

用线性溶剂化能相关(LSERs)方法评价聚合物包覆钛胶固定相并与相关固定相比较

利用线性溶剂化能相关(LSERs)方法对聚(乙基苯乙烯-二乙烯基苯)包覆钛胶固定相(ES-DVB-TiO₂)的保留行为进行评价,并与聚丁二烯涂覆钛胶固定相(PBD-TiO₂),键合硅胶固定相(ODS)和树脂固定相(PR-1)作了比较,计算出各变最对logk'的百分方差数,发现V₂、Σα₂^H,和Σβ₂^H对logk'有较大的贡献,与聚合物固定相PRP-1近似,因此它们有相似的保留机理,即吸附机理大于分配机理.     

反气相色谱测定非对称双阳离子型离子液体的溶解度参数

在343.15~363.15 K下采用反气相色谱法对实验室合成的3种非对称双阳离子型离子液体[PyC₅Pi]NTf₂]₂、[MpC₅Pi]NTf₂]₂和[PyC₆Pi]NTf₂]₂的溶解度参数进行了测定。以正辛烷、正癸烷、正十二烷、正十四烷和正十六烷作为探针溶剂,计算了在不同温度下探针溶剂在3种离子液体中的特性保留体积(V_g⁰)、摩尔吸收焓(ΔH₁^S)、无限稀释摩尔混合焓(ΔH_l^∞)、摩尔蒸发焓(ΔH_v)、无限稀释活度系数(Ω₁^∞)以及探针溶剂与3种离子液体的Flory-HuggirIs相互作用参数(χ₁₂^∞),得到了室温下3种离子液体的溶解度参数(δ₂)为28.52~32.66 (J·cm^-3)^1/2。分子结构中含有4-甲基吗啉比含有吡啶时溶解度参数更大。随着两个阳离子间连接基碳数的增加,溶解度参数增大。这一结果对研究离子液体的溶液性质和应用有指导作用。     

MnCl2/DMSO溶液的拉曼光谱和理论计算

利用拉曼光谱研究了不同温度和浓度MnCl₂/DMSO溶液体系离子的溶剂化作用, 结果表明, 在0~0.8 mol/L浓度范围内, 随着浓度增加, Mn²⁺与DMSO的相互作用逐渐增强, S=O伸缩振动峰向低波数移动, S=O双键减弱; C—S伸缩振动峰向高波数移动, C—S键增强. 温度升高, S=O双键和C—S键伸缩振动峰均向相反的方向移动, 溶剂化作用减弱. 56 ℃以上, 单体DMSO迅速增加, 与Mn²⁺溶剂化作用的DMSO迅速减少, 二聚体DMSO减少缓慢, 温度对溶剂化作用的影响大于溶剂自身的缔合. 利用密度泛函理论对可能存在的溶剂化构型[Mn(DMSO)_n]²⁺进行了优化、 热力学性质及理论拉曼光谱计算, 从理论上证实了Mn²⁺与DMSO存在相互作用, 导致DMSO的S=O键拉伸和C—S键收缩, 与实验光谱结果一致.     

纳米多孔β-Li3PS4固体电解质的溶剂脱除法制备及性能

以Li₂S和P₂S₅为反应物, 四氢呋喃为溶剂, 采用溶剂脱除法制备了室温下稳定的高离子电导率β-Li₃PS₄晶体电解质, 通过粉末X射线衍射、 差热-热重分析、 拉曼光谱、 氮气吸附-脱吸和交流阻抗测试等方法对其性能进行表征, 研究了热处理温度对溶剂脱除程度、 固体电解质结晶状态、 比表面积、 孔隙率和离子电导率的影响. 结果表明, 该方法制备得到的β-Li₃PS₄晶体可以在室温下稳定存在. 160 ℃加热条件下Li₃PS₄的离子电导率达到7.44×10^-6 S/cm. 热处理过程中四氢呋喃分3个阶段脱除, 导致产物颗粒表面和内部产生大量纳米孔. 大量纳米孔洞的存在提高了材料的表面能, 有利于新相形核, 加快了相变速度, 降低了相变温度, 使β-Li₃PS₄晶体在室温下保持稳定.     

方酸与2, 6-二苯并咪唑的超分子自组装及氢键实验与理论研究

在氘代的二甲基亚砜的溶剂中合成了方酸与2, 6-二苯并咪唑的超分子的化合物,并用X射线单晶衍射对其结构进行了表征。晶体结构分析表明:超分子是通过π-π堆积和分子之间氢键所形成的一维链状的聚合物。探讨了不同温度和不同浓度CCl₄溶剂对聚合物中氢键的影响。此外,用密度泛函理论和分子中原子理论对其进行了理论分析,计算结果表明分子间的键能分别是135.65和49.40 J·mol^-1。     

Cu-Zn原电池标准电动势测定实验的计算化学设计

基于量子化学计算软件Gaussian 16,对“电动势的测定”这一经典物理化学实验进行了计算化学设计。用密度泛函方法计算了Cu²⁺和Zn²⁺的溶剂化自由能,通过热力学循环计算得到电池反应的标准摩尔吉布斯自由能变,进而求出Cu-Zn原电池的标准电动势。该实验旨在帮助学生加深对标准摩尔吉布斯自由能、电极电势和能斯特方程等物理化学基本概念的理解,发挥学生的主观能动性,培养学生设计实验能力、动手实践能力以及科学思维。     

NaNO3和NaClO4在N,N-二甲基甲酰胺中的离子溶剂化

利用红外光谱研究了NaNO₃和NaClO₄在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中发生离子-溶剂和离子-离子的相互作用, 分析结果表明, DMF的OC-N谱带发生了明显的变化. 定量计算了在Na⁺浓度为0.22~1.24 mol/kg范围内的溶剂化数为1~4. 对谱图中酰胺基上C-N和CO的特征峰强度随Na⁺浓度变化的对比, 推测离子溶剂化作用导致DMF的酰胺基内部形成共轭键. 利用量子化学方法进行优化及热力学性质计算, 得到C-N键伸缩振动频率及红外光谱强度变化规律. 优化结构与实验结论相符合. 由NaNO₃的ν₂谱带及NaClO₄的ν₁谱带的解析得到溶液中阴离子缔合效应的一般规律, 并通过阴离子缔合特征峰与酰胺基上的N-C-N面外振动峰(865 cm^-1)的变化情况, 讨论了溶液中的离子溶剂化作用.     

Calculation of CO(XΣ) + 0(P) recombination chemiluminescence spectrum

Relative emission spectra for the bent to linear, CO₂(¹B₂)---CO₂(X¹Σ⁺_g) transitions have been calculated using the model: harmonic oscillator, symmetric-top wavefunctions and energy levels for CO₂(¹B₂); first-orer Fermi resonance vibrational wavefunctions and energy levels for CO₂(X¹Σ⁺_g); a Boltzmann distribution of vibrational and rotational states in CO₂(¹B₂); and a constant electronic transition moment. With the literature CO₂(¹B₂) molecular structure, spectra calculated using this model show characteristics similar to the low-temperature chemiluminescence from the combination of atomic oxygen and carbon monoxide. The calculated spectra account for experimental band positions to wavelengths of 570 nm and the weak dependence of the spectra on temperature over the range 206–353 K. The latter result was obtained from a CO₂(¹B₂) bending fundamental of 600 cm⁻¹. The calculated spectra also show a violet-shift in intensity and an attenuated band structure at higher temperatures. The magnitude of these effects depends on the CO₂(¹B₂) force constants and not on the CO₂(¹B₂) molecular structure.     

Theoretical and experimental studies of radiative lifetimes of excited electronic states in CO

The electronic dipole transition moment functions of the A ²Π-X ²Σ⁺, B ²Σ⁺-X ²Σ⁺ and B ²Σ⁺-A ²Π transitions and the dipole moment function of the X ²Σ⁺ state of CO⁺ have been calculated using large contracted CI wavefunctions. The computed transition moment functions together with experimental potential energy curves were used to obtain radiative lifetimes of the excited electronic states B ²Σ⁺ and A ²Π. Radiative lifetimes of vibrational levels of the X ²Σ⁺ state were derived from the calculated dipole moment function. The high-frequency deflection technique was used to obtain radiative lifetimes of the ν′ = 0, 1,2 and 3 vibrational levels of the B ²Σ⁺ state and also radiative lifetimes of individual rotational levels of ν′ =0. The calculated radiative lifetimes are shorter than the measured ones by about 10%. The experimental ν′ dependence is reproduced by theoretical calculation. The calculated radiative lifetimes for the A ²Π state are in excellent agreement with lifetimes measured with an ion trap technique.     

Theoretical study on magnetic coupling interaction for Cu(II) binuclear systems with extended bridging groups

The magnetic coupling interaction for Cu(II) binuclear systems with bridging groups C₂O₄²⁻, C₂O₂(NH)₂²⁻ (cis), C₂O₂(NH)₂²⁻ (trans) and C₂S₂(NH)₂²⁻ (trans) was studied by the broken symmetry (BS) approach within the framework of the density functional theory (DFT). The influence of different coordination atoms and geometry on magnetic coupling interaction was theoretically analyzed. Both of the calculated and experimental results were compared. The variation trends of coupling interaction calculated are in agreement with experimental ones.     

上湾煤及其惰质组富集物的结构表征与模型构建

对神东上湾煤(SDR)及其岩相分离所得惰质组富集物(SDI)分别进行核磁(¹³C-NMR)、红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)表征,得到煤结构单元信息,与元素分析数据相结合构建了SDR和SDI的结构模型,用ACD/CNMR predictor软件计算结构模型的 ¹³C化学位移。结果表明,SDR芳香结构主要是缩合程度为2的萘,SDI主要是菲和萘,SDI较SDR结构芳香度较高,两个结构中氧主要以羰基氧和羟基氧的形式存在,氮主要以吡咯和吡啶形式存在,两个结构模型计算得到核磁谱图与实验谱图吻合较好,结构式分别为C₁₈₁H₁₃₆N₂O₂₄和C₁₈₆H₁₄₈N₂O₂₂。     

Molecular fragmentations : Part XIII. The structures and energies of mass spectral fragments derived from phosphine-3, diphosphine-4, diphosphine-2 and triphosphine-5

Structures and energies have been calculated, in the MNDO approximation, for PH₃, P₂H₄, P₂H₂, and P₃H₅, for their molecular cations, for all the ions in their mass spectra, and for the corresponding neutral mass spectral fragments. With the exception of the conformation of P₂H₄, which is calculated to be anti rather than gauche, the calculated structures and energies are in good agreement with those found experimentally, where these are known. Appearance potentials have been calculated, and allow deductions to be made concerning fragmentation pathways.     

He-N2O偶极矩面及振转跃迁强度的理论研究

用超分子MP4方法和大基组(aug-cc-pVTZ)及键函数得到He-N₂O体系的分子间从头算势能面及偶极矩面,用离散变量表象方法计算了⁴He-N₂O及³He-N₂O体系的振转能级,并进一步计算得到其振转跃迁强度,计算结果很好地解释了实验现象.     

吸附剂修饰铁基氧载体的氧化动力学研究

研究了吸附剂修饰合成Fe_2O_3/Al_2O_3的氧化动力学。其中,吸附剂(K_2O、Na_2O、CaO)用于控制化学链燃烧过程中有毒氯化物、硫化物以及重金属的排放。首先在热重分析仪(TGA)上利用合成气作为还原气氛使氧载体呈还原态(FeO/Al_2O_3),在空气气氛下进行了原FeO/Al_2O_3以及三种吸附剂修饰FeO/Al_2O_3的氧化实验,实验温度分别为850、875、900和925℃。通过八种等温动力学模型对900℃下原FeO/Al_2O_3的氧化过程进行了分析。结果表明,phase boundary-controlled(contracting cylinder)模型能够很好地描述其氧化过程(FeO向Fe_2O_3转化过程)。利用该模型分别计算了原FeO/Al_2O_3、K_2O修饰FeO/Al_2O_3、Na_2O修饰FeO/Al_2O_3和CaO修饰FeO/Al_2O_3的氧化动力学参数,其表观活化能分别为13.71、20.21、21.62和24.20 k J/mol。通过进行比较依据动力学参数计算得到的转化率随时间的函数以及实验获得的转化率随时间的函数,进一步证实了phase boundary-controlled(contracting cylinder)模型的可靠性以及相应动力学参数的准确性。     

高浓度乳液稳定性评价方法及其应用

分散相液滴的粒径及其分布是影响乳液性质的重要因素,其随时间及环境的变化可用于评价乳液的稳定性。动态光散射等方法难以用于准确测量高浓度乳液液滴粒径。本文报道了一种可用于准确、高效测量乳液液滴粒径的成像表征方法。该方法采用荧光染料标记乳液液滴,利用激光扫描共聚焦荧光显微成像技术获取三张焦平面间距确定的乳液光学切片,由光学切片给出的乳液液滴表观直径计算进而确定所测量乳液液滴的粒径。我们将上述方法用于表征高浓度原油模拟物-水乳液的稳定性,结果表明本文提出的方法可以准确、高效地测量乳液液滴的抗凝聚稳定性,而目前广泛采用的"瓶试法"则难以反映乳液液滴的抗凝聚稳定性。     

溶液中钪与草酸离子的配位作用

提钪工艺中常使草酸钪溶于过量草酸铵溶液中。但文献中有关钪与草酸离子配位作用的报导甚少。等用分光光度法测定了ScC₂O₄⁺配离子的稳定常数,而J·Stary则用分配法测定了SC(C₂O₄)₃^3-配离子的稳定常数,这些工作都没有对溶液中可能生成各级配离子进行研究。     

Theoretical Study About Effects of H2O and Na+ on Adsorption of CO2 on Kaolinite Surfaces

The density functional theory(DFT) was used to investigate the adsorptions of carbon dioxide(CO₂) on kaolinite surfaces and the influences of Na⁺ and H₂O on the adsorption. Both cluster and periodic models of kaolinite were considered. The calculated results indicate that stable complexes can be formed between adsorbed CO₂ and the surfaces of kaolinite in the presence or absence of sodium cation and water molecule. The Al-O octahedral surface has a larger adsorption affinity for CO₂ than the Si-O tetrahedral surface of kaolinite because the hydroxyl groups of kaolinite Al-O surface present more activity than the basal O atoms of the Si-O tetrahedral surface in the inter-molecular interactions. The existence of exchangeable sodium cations exerts the significant effect on the adsorption of CO₂ with the dramatic increase of the adsorption energy, while the presence of water molecule decreases the adsorption strength insignificantly. The calculated Gibbs free energies of the adsorption reveal that the adsorptions of CO₂ on all the investigated kaolinite surfaces are feasible thermodynamically in the gas phase. Surface free energy was calculated to provide the predictions of the surface stability as a function of temperature.