Водоаміачний катіон та катіон димеру аміаку Статья

Автори досліджували структуру, енергію взаємодії, електронні властивості та ІЧ спектри катіону (NH₃H₂O)⁺ застосовуючи теорію функціонала густини (DFT), багаточастинкову теорію збурень Меллера-Плессета (MP2) та теорію зв’язаних кластерів (CCSD).

Виявилось, що (NH₃H₂O)⁺ може існувати у вигляді трьох різних структур з мінімальною енергію: H₂NH⁺•••OH₂, H₃N⁺•••OH₂ та H₃NH⁺•••OH (ряд організовано у бік зростання енергії, при цьому за результатами обчислень CCSD перша структура на 2 ккал/моль стабільніша за другу, а друга у свою чергу на 4 ккал/моль стабільніша за третю). Мінімальна енергія, що потрібна для поступового переходу від однієї структури до іншої, дорівнює 6 ккал/моль. Катіон димеру аміаку має 2 структури з мінімальною енергією: найнижча – H₃NH⁺•••NH₂, далі – (H₃N•••NH₃)⁺. Молекули аміаку легше іонізувати, ніж молекули води, майже весь позитивний заряд катіона димеру зосереджен на аміаку або його складовій частині, виняток з цього положення (H₃N•••NH₃)⁺. У згаданій структурі заряд NH₃ дорівнює половині заряду структури. Проаналізована CCSD частота ІЧ спектру для N-Н та O-H валентних коливань у згаданих структурах мала такі показники: слабкий зсув частоти коливань у червону ділянку спектру у (H₃N•••NH₃)⁺, структура H₃NH⁺•••NH₂мала пік у червоній ділянці. Пік у червоній ділянці у H₃NH⁺•••OH пояснюється взаємодією (H₃NH⁺) з радикалом •NH₂. H₂NH⁺•••OH₂ має більший зсув частот коливань у червону ділянку ніж H₃NH⁺•••OH.

При порівнянні даних, отриманих в результаті обчислень, виявилось очевидним, що для більш достовірного опису властивостей структури потрібне застосування різних методів. Так, теорія DFT виявилась помилковою при моделюванні структури, однак отримані достовірні дані при обрахуванні енергії. МР2 дозволяє отримати достовірні дані енергії, однак помилкові частоти коливань. Метод CCSD виявився незамінним при обрахуванні частоти валентних коливань та ІЧ спектру.