45 Празян Т. Л. Магистрант, физический факультет, ФГБОУ ВПО

Празян Т. Л.
Магистрант, физический факультет, ФГБОУ ВПО КемГУ, Россия, г. Кемерово
ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР МОЛЕКУЛ C2H3N5O2, C2H2N4O3
Аннотация
В рамках теории функционала электронной плотности с использованием локализованных базисных наборов и гибридного
функционала B3LYP из первых принципов исследованы структуры молекул C2H3N5O2, C2H2N4O3.
Ключевые слова: взрывчатые вещества, молекулы, структура, термодинамика.
Prazyan T. L.
Undergraduate student, Department of General Physics, Kemerovo State University, Russian Federation, Kemerovo
AB INITIO STUDY OF THE STRUCTURES OF THE MOLECULES C2H3N5O2, C2H2N4O3
Abstract
Using density functional theory, as well as using a localized basis set and the hybrid functional B3LYP, the structures of the molecules
C2H3N5O2, C2H2N4O3 ab initio have been researched.
Keywords: Explosives, molecules, structure, thermodynamic.
Энергетические материалы широко используются для различных военных целей и промышленных приложений. Синтез и
разработка новых энергетических материалов с более высокой производительностью и низкой чувствительностью к теплу, удару,
трению и электростатическому разряду привлекают в последнее время значительный интерес [1,2].
Для проведения компьютерных расчетов использовался пакет CRYSTAL09 [3], который в равной мере реализует возможности
метода Хартри-Фока и теории функционала плотности. Использовался гибридный функционал B3LYP и базисные наборы [4]:
C_6 − 21G∗, H_3 − 1p1G, N_6 − 31d1G, O_6 − 31d1.
На рисунке 1 приведено строение молекул C2H3N5O2 [1], C2H2N4O3 (NTO) с характерными длинами связей R (Å) и углами α (º).
Рис. 1. Структура молекул C2H3N5O2, C2H2N4O3
На рисунке 2 (слева) приведена карта распределения деформационной плотности ρ молекулы C2H2N4O3, полученная
вычитанием из молекулярной плотности от невзаимодействующих атомов. Положительным значениям ρ отвечают сплошные
линии, отрицательным - пунктирные, нулевой контур выделен жирным. Области натекания заряда для C2H2N4O3 приходятся на
линии связи N − O и C − H. На рисунке 2 (справа) представлена карта распределения электростатического потенциала для одной из
нитрогрупп молекулы C2H3N5O2. Видно, что группа -NO2 "перетягивает" на себя заряд, на это указывают пунктирные линии.
Области отрицательного потенциала обозначены пунктирными линиями, положительного потенциала – сплошными линиями,
поверхности нулевого потенциала – штрих-пунктирными линиями.
45
Рис. 2. Карта распределения деформационной плотности в молекуле C2H2N4O3 (слева) и электростатического потенциала
молекулы C2H3N5O2 (справа)
Так же в настоящей работе получены некоторые термодинамические потенциалы и функции, значения которых представлены
в таблице.
Таблица 1 - Термодинамические параметры и функции
U (кДж/моль)
C (Дж/(моль*К))
G (кДж/моль)
18.99
107.27
-81.83
18.4
105.29
-81.36
C2H3N5O2
C2H2N4O3
S (Дж/(моль*К))
346.49
342.91
Где U - внутренняя энергия, С - теплоемкость, G - потенциал Гиббса, S - энтропия.
Выше перечисленные значения рассчитаны при нормальных условиях T=298.15К, P=1.013*105 Па.
Как можно заметить из рисунка 1, различия в строении C2H3N5O2 и C2H2N4O3 приводит к увеличению в первой молекуле
длины связи нитрогруппы, соединенной с атомом углерода C2. Также за счет увеличения данной длины связи наблюдается
увеличение термодинамических параметров и функций.
References
1. Zhao, X. Pang Amination of Nitroazoles — A Comparative Study of Structural and Energetic Properties / X. Zhao, C. Qi, L. Zhang
[et al.] // Molecules. – 2014. Vol. 19. - P. 896-910.
2. Lin, H. Theoretical studies on the thermodynamic properties, densities, detonation properties, and pyrolysis mechanisms of
trinitromethyl-substituted aminotetrazole compounds / H. Lin, P. Chen, S. Zhu [et al.] // J. Mol. Model. - 2013. Vol. 19, № 6. - P. 24132422.
3. Dovesi, R. CRYSTAL09 User’s Manual / R. Dovesi, V.R. Saunders, C. Roetti [et al.]. - Torino: University of Torino, 2010.
4. CRYSTAL Basis Sets Library [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.crystal.unito.it/Basis_Sets/Ptable.html (дата
обращения 28.11.2014).
Распопова Н. И.1, Каширина Н. В.2
Техник, 2Магистр, Национальный исследовательский Томский Политехнический Университет
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-4872.2014.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕТРАЭДРИЧЕСКИХ РАСЩЕПЛЕНИЙ В СОСТОЯНИЯХ Е ТИПА ПОЛИАДЫ N=2.5 МОЛЕКУЛ
ТИПА XY4 (СИММЕТРИЕЙ TD)
Аннотация
В статье рассмотрен метод аналитического описания одной из сложнейшей проблемы в изучении квантово-механических
объектов высокой симметрии, а именно, тетраэдрических расщеплений; представлены результаты позволяющие определить в
аналитической форме тетраэдрические расщепления колебательных состояний полиады N = 2.5 симметрии E .
Ключевые слова: молекулы высокой симметрии, колебательные состояния, тетраэдрические расщепления.
Raspopova N. I.1, Kachirina N. V.2
1
2
Technician, Master, National research Tomsk Polytechnic University
STUDY OF TETREHEDRAL SPLITTINGS IN E TYPE STATES FROM POLYAD N=2.5 OF XY4 MOLECULES
(SYMMETRY Td)
Abstract
The article considers the method of analytical description of one of the most difficult problem in the study of high symmetry quantummechanical objects, namely, of tetrahedral splittings; presents the results for determining in an analytical form tetrahedral splittings of
vibrational states from polyad N = 2.5 with symmetry E..
Keywords: molecules of high symmetry, vibrational states, tetrahedral splittings.
Высокий уровень развития современной колебательно-вращательной спектроскопии молекул позволяет адекватно описывать
полученную экспериментальную информацию и путем изучения тонкой структуры спектров определять такие фундаментальные
характеристики молекулы, которые открывают возможность для исследования более сложных эффектов внутримолекулярной
природы.
Среди множества многоатомных молекул особое место занимают молекулы, в равновесной конфигурации обладающие
высокой симметрией (Td или Oh). Наличие высокой симметрии, с одной стороны, позволяет существенно унифицировать расчеты,
но, с другой стороны, в ряде случаев приводит к значительным сложностям при их практической реализации. Вплоть до недавнего
времени к подобного рода проблемам относились попытки определить в аналитическом виде, так называемые, тетраэдрические
расщепления в колебательных спектрах молекул симметрии Td для трех- и более кратного возбуждения колебательных мод. Для
самых низших колебательных состояний задача была решена почти 50 лет назад [1]. Колебательные состояния симметрии F1 были
исследованы недавно в работе [2]. В данном сообщении мы приводим результаты, позволяющие определить в аналитической
1
46