М.М. МАСЛОВ ТЕРМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ МОЛЕКУЛЫ КУБЕЙНА C H
advertisement
УДК 001(06)+539.2(06). Исследование материи в экстремальных состояниях М.М. МАСЛОВ Московский инженерно-физический институт (государственный университет) ТЕРМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ МОЛЕКУЛЫ КУБЕЙНА C8H8 Представлены результаты теоретического исследования динамики и распада молекулы кубейна C8H8 при различных температурах. Кубейн C8H8 [1] – один из наиболее интересных «трехмерных» кластеров на основе углерода. В нем восемь атомов углерода расположены в вершинах куба и связаны с одиночными атомами водорода по главным диагоналям куба. Угол C-C-C равен 90°, а не 109.5°, как в нормальной тетраэдральной sp3-связи IV группы элементов. Это приводит к запасанию кубейном C8H8 энергии 657 kJ/mol [2]. Благодаря высокой теплоте образования и большой плотности кубейн C8H8 и его производные являются перспективными кандидатами для высокоэнергетичных материалов. В настоящей работе детально исследованы возможные каналы распада молекулы кубейна C8H8 (рис. 1), и ее динамика при различных температурах. -4.4 CUB (-4.42) STCO (-4.47) Eb, eV/atom -4.5 -4.6 BCT (-4.65) PA + H2 (-4.69) -4.7 COT (-4.73) BEN + A (-4.75) STY (-4.79) -4.8 1 2 3 4 5 6 7 Configuration number Рис. 1. Возможные каналы распада молекулы кубейна C8H8 ISBN 5-7262-0712-2. V Конференция НОЦ CRDF 40 УДК 001(06)+539.2(06). Исследование материи в экстремальных состояниях Для исследования каналов распада молекулы C8H8 использовался метод молекулярной динамики с модифицированным нами неортогональным потенциалом сильной связи [3]. Моделирование «жизни» молекулы при различных начальных температурах T выполнено методом молекулярной динамики. Определены пути распада молекулы. Распад происходил по следующей схеме: сначала рвалась одна из связей C-C и кубейн C8H8 (CUB) переходил в изомер sin-трицикло[4.2.0.02,5]окта3,7-диен (STCO), затем – в изомер бицикло[4.2.0]окта-2,4,7-триен (BCT). В качестве окончательных продуктов распада наблюдались циклооктатетраен (COT) или бензол и ацетилен (BEN + A) (рис. 2), что подтверждается как экспериментально (см. [4], а также ссылки в [5]), так и теоретически [6]. Переход в стирол (STY) не наблюдался, хотя этот изомер C8H8 наиболее устойчив. Определенная нами величина энергии активации распада кубейна C8H8 составила Ea ≈ 1.5 eV. Поскольку кубейн C8H8 обладает самой высокой теплотой образования и запасенной энергией из всех изомеров C8H8, то его высокая термическая устойчивость довольно неожиданна. ↗ → → ↘ + Рис. 2. Распад кубейна C8H8 Работа поддержана фондом CRDF, проект «НОЦ фундаментальных исследований материи в экстремальных состояниях». Список литературы 1. Eaton P.E., Cole T.W., Jr. // J. Am. Chem. Soc. 1964. V. 86. P. 962. 2. Kybett B.D. et al. // J. Am. Chem. Soc. 1966. V. 88. P. 626. 3. Zhao J., Lu J.P. // Phys. Lett. A. 2003. V. 319. P. 523. 4. Li Z., Anderson S.L. // J. Phys. Chem. A. 2003. V. 107. P. 1162. 5. Hassenrück K. et al. // Chem. Rev. 1989. V. 89. P. 1125. ISBN 5-7262-0712-2. V Конференция НОЦ CRDF 41 УДК 001(06)+539.2(06). Исследование материи в экстремальных состояниях 6. Kılıç Ç. et al. // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. P. 2724. ISBN 5-7262-0712-2. V Конференция НОЦ CRDF 42
