Димера воды состоит из двух водных молекул слабо связанных посредством водородной связи . Это самый маленький водный кластер . Поскольку это простейшая модельная система для изучения водородных связей в воде, она была целью многих теоретических [1] [2] [3] (и более поздних экспериментальных) исследований, которую назвали «теоретической морской свинкой». [4]
Структура и свойства [ править ]
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 (включая ядерные квантовые эффекты) (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 отлично согласуются с расчетами. [7] [8] Расстояние OO основного колебательного состояния экспериментально измерено на уровне прибл. 2,98 Å; [9]водородная связь почти линейна, но угол с плоскостью молекулы акцептора составляет около 57 °. Основное колебательное состояние известно как линейный димер воды (показан на рисунке справа), который представляет собой почти вытянутую вершину (а именно, в терминах констант вращения [ требуется пояснение ] , A> B ≈ C). Другие представляющие интерес конфигурации включают циклический димер и бифуркационный димер.
История и актуальность [ править ]
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). Димер воды - горячо изучаемая тема в физической химии по нескольким причинам. (Н 2 О) 2считается, что он играет важную роль во многих атмосферных процессах, включая образование кислотных дождей, поглощение избыточной солнечной радиации, конденсацию водяных капель и химические реакции. Кроме того, считается, что полное понимание димера воды играет ключевую роль в более глубоком понимании водородных связей в жидких и твердых формах воды.
Ссылки [ править ]
- ^ Бакингем, AD Водородная связь, а также структура и свойства воды и димера воды. Журнал молекулярной структуры 1991 , 250 , 111-18.
- ^ Голдман, Н., Лефорестье, С., и Сайкалли, Р.Дж., Димеры воды в атмосфере II: результаты потенциальной поверхности VRT (ASP-W) III, Журнал физической химии A , 2004 , 108 , стр. 787-794.
- ^ Schütz, M .; Brdarski, S .; Widmark, P.-O .; Lindh, R .; 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) . Oxford University Press, США (13 марта 1997 г.). ISBN 0-19-509549-9
- ^ Rocher-Casterline, BE; Ch'ng, LC; Моллнер, АК; Рейслер, Х. Журнал химической физики 2011 , 115 , 6903-6909 DOI : 10.1063 / 1.3598339
- ^ Ch'ng, LC; Саманта, AK; Czakó, G .; Bowman, JM; Рейслер, Х. Журнал Американского химического общества 2012 , 134 , 15430 doi: 10.1021 / ja305500x
- ^ Шэнк, А .; Wang, Y .; Каледин, А .; Braams, BJ; Боуман. Журнал химической физики JM 2009 , 130 , 144314 DOI : 10.1063 / 1.3112403
- ^ Leforestier, C .; Szalewicz, K .; ван дер Авойрд, А. Журнал химической физики 2012 , 137 , 014305 DOI : 10.1063 / 1.4722338
- ^ Шайнер, С. Исследования из первых принципов 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.
