Фiзична природа водневого зв’язку
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe60.09.0960Ключові слова:
водневi валентнi коливання молекули води, зсув частоти, H-зв’язки, електростатична природаАнотація
У роботi дослiджується фiзична природа та коректнiсть означення водневих зв’язкiв. Аналiзується, перш за все, вплив останнiх на поведiнку термодинамiчних, кiнетичних та спектроскопiчних властивостей води. Показано, що сприйняття водневих зв’язкiв як гостронаправлених та насичених мiсткiв, якi виникають мiж молекулами води, є несумiсним з поведiнкою специфiчного об’єму та теплоти випаровування, а також коефiцiєнтiв самодифузiї та кiнематичної зсувної в’язкостi. На додаток до цього показано, що змiна дипольного моменту молекул води, а також зсув частоти валентних коливань гiдроксильної групи повнiстю пояснюються на основi уявлень про електростатичну природу водневого зв’язку. Разом з тим, температурнi залежностi теплоємностi води та її пари чiтко вказують на iснування слабких водневих зв’язкiв. Аналiзуючи властивостi димеру води, показано, що внесок слабких водневих зв’язкiв у енергiю основного стану димеру є приблизно в 4–5 разiв меншим у порiвняннi з енергiєю електростатичної взаємодiї мiж молекулами води. Пiдсумовуючи результати, робиться висновок, що таку саму природу мають водневi зв’язки в усiх iнших випадках, де вони виникають.
Посилання
N.D. Sokolov, Usp. Fiz. Nauk 57, 205 (1955).
http://dx.doi.org/10.3367/UFNr.0057.195510d.0205
I.V. Zhyganiuk, Dopov. Nat. Akad. Nauk Ukr. N 8, 77 (2009).
I.V. Zhyganiuk, Ukr. Fiz. Zh. 56, 225, (2011).
M.D. Dolgushin and V.M. Pinchuk, Theoretical Study of the Nature of Hydrogen Bond by Means of Comparative Calculations, Preprint ITP-76-49R (Institute for Theoretical Physics, Kyiv, 1976) (in Russian).
R.L. Fulton and P. Perhacs, J. Phys. Chem. A 102, 9001 (1998).
http://dx.doi.org/10.1021/jp9821228
P. Barnes, J.L. Finney, J.D. Ncholas, and J.E. Quinn, Nature 282, 459 (1979).
http://dx.doi.org/10.1038/282459a0
H.C. Berendsen and G.A. van der Velde, in Proceedings of Workshop on Molecular Dynamics and Monte Carlo Calculations on Water in CECAM, edited by H.J.C. Berendsen (CECAM Orsay, 1972), p. 63.
E. Clementi and H. Popkie, J. Chem. Phys. 57, 1077 (1972).
http://dx.doi.org/10.1063/1.1678361
F.H. Stillinger and C.W. David, J. Chem. Phys. 69, 1473 (1978).
http://dx.doi.org/10.1063/1.436773
V.Ya. Antonchenko, A.S. Davydov, and V.V. Ilyin, Fundamentals of Physics of Water (Naukova Dumka, Kyiv, 1991) (in Russian).
W.L. Jorgensen, J. Chandrasekhar, J.D. Madura, R.W. Impey, and M.L. Klein, J. Chem. Phys. 79, 926 (1983).
http://dx.doi.org/10.1063/1.445869
V.I. Poltev, T.A. Grokhlina, and G.G. Malenkov, J. Biomolec. Struct. Dynam. 2, 413 (1984).
http://dx.doi.org/10.1080/07391102.1984.10507576
O. Matsuoka, E. Clementi, and M. Yoshimine, J. Chem. Phys. 64, 1351 (1976).
http://dx.doi.org/10.1063/1.432402
J.O. Hirschfelder, Ch.F. Curtiss, and R.B. Bird, Molecular Theory of Gases and Liquids (Wiley, New York, 1967).
D. Eisenberg and W. Kautzman, The Structure and Properties of Water (Oxford Univ. Press, Oxford, 1968).
M. Rieth, Nano-Engineering in Science and Technology: An Introduction to the World of Nano-Design, edited by C. Politis and W. Schommers (World Scientific, Karlsruhe, 2003).
http://dx.doi.org/10.1142/5026
S.V. Lishchuk, N.P. Malomuzh, and P.V. Makhlaichuk, Phys. Lett. A 375, 2656 (2011).
http://dx.doi.org/10.1016/j.physleta.2011.05.049
L.A. Bulavin, Neutron Diagnostics of Liquid Matter State (Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants, Chornobyl, 2012) (in Ukrainian).
L.A. Bulavin, A.I. Fisenko, and N.P. Malomuzh, Chem. Phys. Lett. 453, 183 (2008).
http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2008.01.028
N.A. Atamas, A.M. Yaremko, L.A. Bulavin, V.E. Pogorelov, S. Berski, Z. Latajka, H. Ratajczak, and A. AbkowiczBienko, J. Mol. Struct. 605, 187 (2002).
http://dx.doi.org/10.1016/S0022-2860(01)00762-1
I.I. Adamenko, L.A. Bulavin, V. Ilyin, S.A. Zelinsky, and K.O. Moroz, J. Mol. Liq. 127, 90 (2006).
http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2006.03.023
A.I. Fisenko, N.P. Malomuzh, and A.V. Oleynik, Chem. Phys. Lett. 450, 297 (2008).
http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2007.11.036
S.V. Lishchuk, N.P. Malomuzh, and P.V. Makhlaichuk, Phys. Lett. A 374, 2084 (2010).
http://dx.doi.org/10.1016/j.physleta.2010.02.070
N.P. Malomuzh, V.N. Makhlaichuk, P.V. Makhlaichuk, and K.N. Pankratov, J. Struct. Chem. 54, 205 (2013).
http://dx.doi.org/10.1134/S0022476613080039
I.V. Zhyganiuk and M.P. Malomuzh, Ukr. Fiz. Zh. 59, 1183 (2014).
E.W. Lemmon, M.O. McLinden, and D.G. Friend, in NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69 (National Inst. of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 2015) [http://webbook.nist.gov].
J. Naghizadeh and S.A. Rice, J. Chem. Phys. 36, 2710 (1962).
http://dx.doi.org/10.1063/1.1732357
R. Laghaei, A.E. Nasrabad, and Byung Chan Eu, J. Phys. Chem. B 109, 5873 (2005).
http://dx.doi.org/10.1021/jp0448245
L.A. Bulavin, I.V. Zhyganiuk, M.P. Malomuzh, and K.M. Pankratov, Ukr. Fiz. Zh. 56, 894 (2011).
J.C. Koneshan, J.C. Rasaiah, R.M. Lynden-Bell, and S.H. Lee, J. Phys. Chem. B 102, 4193 (1998).
http://dx.doi.org/10.1021/jp980642x
D. Hilbert, Theory of Algebraic Invariants (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1993).
P. Blanckenhagen, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 76, 891 (1972).
T.V. Lokotosh, N.P. Malomuzh, and K.N. Pankratov, J. Chem. Eng. Data 55, 2021 (2010).
http://dx.doi.org/10.1021/je9009706
D. McCall and D. Douglass, J. Phys. Chem. 69, 2001 (1965).
http://dx.doi.org/10.1021/j100890a034
E.R. Nightingale, J. Phys. Chem. 63, 1381 (1959).
http://dx.doi.org/10.1021/j150579a011
J.E. House, Inorganic Chemistry (Academic Press, San Diego, 2008).
Sheng-Bai Zhu, Surjit Singh, and G. Wilse Robinson, J. Chem. Phys. 95, 2791 (1991).
http://dx.doi.org/10.1063/1.460930
U. Buck and F. Huisken, Chem. Rev. 100, 3863 (2000).
http://dx.doi.org/10.1021/cr990054v
Yusuke Jin and Shun-ichi Ikawa, J. Chem. Phys. 119, 12432 (2003).
http://dx.doi.org/10.1063/1.1628667
K.M. Benjamin, A.J. Schultz, and D.A. Kofke, Ind. Eng. Chem. Res. 45, 5566 (2006).
http://dx.doi.org/10.1021/ie051160s
N. Goldman, R.S. Fellers, C. Leforestier, and R.J. Saykally, J. Phys. Chem. A 105, 515 (2001).
http://dx.doi.org/10.1021/jp003567a
T.V. Lokotosh, N.P. Malomuzh, and V.L. Zakharchenko, Zh. Strukt. Khim. 44, 1104 (2003).
N.P. Malomuzh, V.N. Makhlaichuk, P.V. Makhlaichuk, and K.N. Pankratov, Zh. Strukt. Khim. 54, S24 (2013).
A. Hantzsch, Ber. Deutsch. Chem. Ges. 43, 3049 (1910).
http://dx.doi.org/10.1002/cber.19100430369
W.M. Latimer and W.H. Rodebush, J. Amer. Chem. Soc. 42, 1419 (1920).
http://dx.doi.org/10.1021/ja01452a015
L. Pauling, J. Amer. Chem. Soc. 57, 2680 (1935).
http://dx.doi.org/10.1021/ja01315a102
T.V. Lokotosh and O.M. Gorun, Fiz. Nizk. Temp. 29, 179 (2003).
C.A. Croxton, Liquid State Physics: A Statistical Mechanical Introduction (Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2009).
P.V. Makhlaichuk, M.P. Malomuzh, and I.V. Zhyganiuk, Ukr. Fiz. Zh. 57, 113 (2012).
H. Berendsen, J. Postma, W. Van Gunsteren, and J. Hermans, Intermolec. Forces 14, 331 (1981).
http://dx.doi.org/10.1007/978-94-015-7658-1_21
H.J.C. Berendsen, J.R. Grigera, and T.P. Straatsma, J. Phys. Chem. 91, 6269 (1987).
http://dx.doi.org/10.1021/j100308a038
C. Weiss, C. Wagner, R. Temirov, and F.S. Tautz, J. Am. Chem.Soc. 132, 11864 (2010).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
