Компьютерное моделирование устойчивости супероксид-иона O2- в континуальной диэлектрической среде

УДК 539.21:004

  • Андрей Валерьевич Рябых Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)
  • Ольга Андреевна Маслова Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)
  • Сергей Александрович Безносюк Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)
  • Марк Сергеевич Жуковский Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Барнаул, Россия)
  • Абай Сабиржанович Масалимов Карагандинский государственный университет (Караганда, Казахстан)
Ключевые слова: физика конденсированного состояния, континуальные модели диэлектрической среды растворителя, супероксид-ион кислорода, энергия сродства к электрону, метод функционала плотности, компьютерное моделирование

Аннотация

Проведено компьютерное моделирование и выполнены расчеты параметров устойчивости (полной энергии, энергии связи, энергии ионизации и сродства к электрону, частот колебаний) в основных состояниях молекулы O2 (X 3Zg-) и супероксид-иона O2- (X 2Пg)в диэлектрических средах. Химические частицы помещались в топологическую полость континуальной среды. В СРСМ модели учтены энергия кавитации, электростатические и дисперсионные взаимодействия с континуальной поляризуемой средой растворителя. Расчеты реализованы с использованием алгоритмов пакета ORCA методом гибридного функционала плотности B3LYP в базисном наборе 6-31+G(d). Получены расчетные данные для эффективных сред с диэлектрической проницаемостью вакуума, бензола и воды. Показано, что рост диэлектрической проницаемости растворителя значительно увеличивает устойчивость супероксид-иона O2- по отношению к окислению и переходу в инактивированное состояние молекулы кислорода с расчетной энергией сродства к электрону: 0,495 эВ, 2,723 эВ, 3,803 эВ для вакуума, бензола и воды соответственно.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Биографии авторов

Андрей Валерьевич Рябых, Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)

аспирант факультета химии и химико-фармацевтических технологий

Ольга Андреевна Маслова, Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физической и неорганической химии

Сергей Александрович Безносюк, Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физической и неорганической химии

Марк Сергеевич Жуковский, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Барнаул, Россия)

кандидат химических наук, доцент кафедры информационных систем в экономике

Абай Сабиржанович Масалимов, Карагандинский государственный университет (Караганда, Казахстан)

доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физической и аналитической химии

Литература

Barja G. Mitochondrial Oxygen Radical Generation and Leak: Sites of Production in States 4 and 3, Organ Specificity, and Relation to Aging and Longevity. // J. Bioenergetics and Biomembranes. 1999. Vol. 31.

Kazemiabnavi S., Dutta P., Banerjee S. A density functional theory based study of theelectron transfer reaction at the cathode-electrolyte interface in lithium-air batteries // Phys. Chem. 2015. Vol. 17.

Dawson T.M., Dawson V.L. Molecular Pathways of Neurodegeneration in Parkinson’s Disease // Science. 2003. Vol. 302(5646).

Sankarasubramanian S., Seo J., Mizuno F., Singh N., Prakash J. Elucidating the Oxygen Reduction Reaction Kinetics and the Origins of the Anomalous Tafel Behavior at the Lithium-Oxygen Cell Cathode J. // Phys. Chem. 2017. № 121.

Spaeth J.R., Kevrekidis I.G., Panagiotopoulos A.Z. A comparison of implicit- and explicit-solvent simulations of self-assembly in block copolymer and solute systems // Chem. Phys. 2011. Vol. 134.

Mathew K., Sundararaman R., Letchworth-Weaver K., Arias T.A., Hennig R.G. Implicit solvation model for density-functional study of nanocrystal surfaces and reaction pathways. // Chem. Phys. 2013. Vol. 140. № 8.

Cossi M., Rega N., Scalmani G., Barone V. Energies, Structures, and Electronic Properties of Molecules in Solution with the C-PCM Solvation Model // Chem. Phys. 2003. Vol. 24. № 6.

ORCA, An Ab Initio, DFT and Semiempirical electronic structure package. Version 4.2.0. Department of theory and spectroscopy. Directorship: Frank Neese. Max Planck Institute fuer Kohlenforschung, Kaiser Wilhelm Platz 1, D-45470 Muelheim/Ruhr, Germany. 2019. URL: http://www.orcaforum.kofo.mpg.de.

Hehre W.J., Ditchfield R., Pople J.A. Self-Consistent Molecular Orbital Methods. XII. Further Extensions of Gaussian-Type Basis Sets for Use in Molecular Orbital Studies of Organic Molecules // J. Chem. Phys. 1972. Vol. 56.

Шеповалов К.М., Маслова О.А., Безносюк С.А., Жуковский М.С., Жуковская Т.М. Оптимальность и точность компьютерных вычислений свободной энергии Гиббса гидратации молекул в континуальных моделях сольватации // Изв. Алт. гос. ун-та. 2019. № 1(105).

Malmberg C.G., Maryott A.A. Dielectric constant of water from 0o to 100 oC // Journal of Research of the Natural Bureau of Standards. 1956. Vol. 56. № 1.

Huber K.P., Herzberg G. Molecular Spectra and Molecular Structure: IV Constants of Diatomic Molecules. Van Nostrand Reinhold Company. New York, 1979.

Rienstra-Kiracofe J.C., Tschumper G.S., Shaefer H.F. Atomic and molecular electron affinities: photoelectron experiments and theoretical computations // Chem. Rev. 2002. Vol. 102.

Опубликован
2020-03-06
Как цитировать
1. Рябых А. В., Маслова О. А., Безносюк С. А., Жуковский М. С., Масалимов А. С. Компьютерное моделирование устойчивости супероксид-иона O2- в континуальной диэлектрической среде // Известия Алтайского государственного университета, 2020. № 1(111). С. 36-40. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282020%291-05.