Квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію
Alkali metal hydroxides form layered crystals, their structure gradually becomes more complicated as the size of metal cations increases. In this work, a systematic quantum chemical analysis of the spatial structure and energy characteristics, as well as of vibrational spectra and thermodynamic para...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/780 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
Institution
Surface| _version_ | 1869291986142363648 |
|---|---|
| author | Гребенюк, А.Г. |
| author_facet | Гребенюк, А.Г. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Гребенюк, А.Г. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-02-04T10:40:31Z |
| description | Alkali metal hydroxides form layered crystals, their structure gradually becomes more complicated as the size of metal cations increases. In this work, a systematic quantum chemical analysis of the spatial structure and energy characteristics, as well as of vibrational spectra and thermodynamic parameters of molecular models for potassium hydroxide consisting of 2 – 20 formula units is performed. The structure and properties of the considered molecular models for potassium hydroxide were studied by the second-order Möller – Plesset perturbation theory method with the valence-split basis set 6 31G(d,p) using the PC GAMESS software package. In the potassium hydroxide molecule, the theoretical interatomic distances are K–O – 2.2212 Å, O–H – 0.9626 Å, respectively. During dimer and tetramer formation, the corresponding values gradually increase. Interatomic K–O distances within one bilayer block of molecular models vary from 2.62 to 2.96 Å, and those between blocks – 3.15 Å. In potassium hydroxide crystals, two-layer blocks are bound to each other by zigzag hydrogen bonds 3.35 Å long. Molecular models reproduce such bonds. The KOH molecule in the IR spectrum has 3 bands corresponding to the stretching vibrations of О–Н (3610 cm-1), K–O (408 cm-1) and bending vibration of K–O–H (300 cm 1). The calculation gives 3806, 494 and 372 cm-1, respectively. The calculated IR spectra of molecular models with interblock hydrogen bonds indicate the presence of absorption bands in different ranges: around 3800 – 3900 cm-1 (stretching vibrations of OH groups), in the range of 400 – 800 cm-1 (bending vibrations of OH groups). The cohesion energy of potassium hydroxide is 194.4 kJ/mol. Calculations of this quantity for clusters give its value in the range of 178.5 – 217.2 kJ/mol. An analysis of the calculated geometric and energy characteristics of the considered models indicates their stability and closeness to the experimental ones. These models can be used in the study of various processes that occur with the participation of potassium hydroxide. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2024.16.026 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:41Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-780 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:20:24Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7802025-02-04T10:40:31Z A quantum chemical study on spatial structure and properties of potassium hydroxide nanoparticles Квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію Гребенюк, А.Г. potassium hydroxide cluster vibrational spectra quantum chemical modeling Möller – Plesset second order perturbation theory гідроксид калію кластер коливальні спектри квантовохімічне моделювання теорія збурень Меллера – Плессета другого порядку Alkali metal hydroxides form layered crystals, their structure gradually becomes more complicated as the size of metal cations increases. In this work, a systematic quantum chemical analysis of the spatial structure and energy characteristics, as well as of vibrational spectra and thermodynamic parameters of molecular models for potassium hydroxide consisting of 2 – 20 formula units is performed. The structure and properties of the considered molecular models for potassium hydroxide were studied by the second-order Möller – Plesset perturbation theory method with the valence-split basis set 6 31G(d,p) using the PC GAMESS software package. In the potassium hydroxide molecule, the theoretical interatomic distances are K–O – 2.2212 Å, O–H – 0.9626 Å, respectively. During dimer and tetramer formation, the corresponding values gradually increase. Interatomic K–O distances within one bilayer block of molecular models vary from 2.62 to 2.96 Å, and those between blocks – 3.15 Å. In potassium hydroxide crystals, two-layer blocks are bound to each other by zigzag hydrogen bonds 3.35 Å long. Molecular models reproduce such bonds. The KOH molecule in the IR spectrum has 3 bands corresponding to the stretching vibrations of О–Н (3610 cm-1), K–O (408 cm-1) and bending vibration of K–O–H (300 cm 1). The calculation gives 3806, 494 and 372 cm-1, respectively. The calculated IR spectra of molecular models with interblock hydrogen bonds indicate the presence of absorption bands in different ranges: around 3800 – 3900 cm-1 (stretching vibrations of OH groups), in the range of 400 – 800 cm-1 (bending vibrations of OH groups). The cohesion energy of potassium hydroxide is 194.4 kJ/mol. Calculations of this quantity for clusters give its value in the range of 178.5 – 217.2 kJ/mol. An analysis of the calculated geometric and energy characteristics of the considered models indicates their stability and closeness to the experimental ones. These models can be used in the study of various processes that occur with the participation of potassium hydroxide. Гідроксиди лужних металів утворюють шаруваті кристали, будова яких поступово ускладнюється із зростанням радіуса катіонів металів. У роботі виконано систематичний квантовохімічний аналіз просторової будови та енергетичних характеристик, а також коливальних спектрів та термодинамічних параметрів молекулярних моделей гідроксиду калію, які складаються з 2 – 20 формульних одиниць. Будова і властивості розглянутих молекулярних моделей гідроксиду калію вивчались методом теорії збурень Меллера – Плессета другого порядку з валентно-розщепленим базисним набором 6‑31G(d,p) із використанням програмного комплексу PC GAMESS. У молекулі гідроксиду калію теоретичні міжатомні відстані становлять відповідно K–O 2.2212 Å, O–H 0.9626 Å. При утворенні димера та тетрамера відповідні величини поступово збільшуються. Міжатомні відстані K–O в межах одного двошарового блоку молекулярних моделей варіюють від 2.62 до 2.96 Å, а між блоками – 3.15 Å. В кристалах гідроксиду калію двошарові блоки об’єднуються між собою зигзагоподібними водневими зв’язками завдовжки 3.35 Å. Молекулярні моделі відтворюють такі зв’язки. В ІЧ-спектрі молекули KOH є 3 смуги, які відповідають валентним коливанням О–Н (3610), K–O (408 cм-1) та деформаційному коливанню K–O–H (300 см-1). Розрахунок дає відповідно 3806, 494 та 372 см-1. Розраховані ІЧ-спектри молекулярних моделей з міжблоковими водневими зв’язками свідчать про наявність смуг поглинання у різних діапазонах: близько 3800 – 3900 (валентні коливання ОН-груп), у діапазоні 400 – 800 см-1 (деформаційні коливання ОН-груп). Енергія когезії гідроксиду калію становить 194.4 кДж/моль. Розрахунки цієї величини для кластерів дають її значення в межах 178.5 –217.2 кДж/моль. Аналіз розрахованих геометричних та енергетичних характеристик розглянутих моделей вказує на їхню стабільність та близькість до експериментальних. Ці моделі можуть бути використані при вивченні різноманітних процесів, які відбуваються за участю гідроксиду калію. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-11-24 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/780 10.15407/Surface.2024.16.026 Surface; No. 16(31) (2024): Surface; 26-36 Поверхность; № 16(31) (2024): Поверхня; 26-36 Поверхня; № 16(31) (2024): Поверхня; 26-36 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2024.16 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/780/775 Авторське право (c) 2024 А.Г. Гребенюк |
| spellingShingle | гідроксид калію кластер коливальні спектри квантовохімічне моделювання теорія збурень Меллера – Плессета другого порядку Гребенюк, А.Г. Квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію |
| title | Квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію |
| title_alt | A quantum chemical study on spatial structure and properties of potassium hydroxide nanoparticles |
| title_full | Квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію |
| title_fullStr | Квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію |
| title_full_unstemmed | Квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію |
| title_short | Квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію |
| title_sort | квантовохімічне дослідження просторової будови та властивостей наночастинок гідроксиду калію |
| topic | гідроксид калію кластер коливальні спектри квантовохімічне моделювання теорія збурень Меллера – Плессета другого порядку |
| topic_facet | potassium hydroxide cluster vibrational spectra quantum chemical modeling Möller – Plesset second order perturbation theory гідроксид калію кластер коливальні спектри квантовохімічне моделювання теорія збурень Меллера – Плессета другого порядку |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/780 |
| work_keys_str_mv | AT grebenûkag aquantumchemicalstudyonspatialstructureandpropertiesofpotassiumhydroxidenanoparticles AT grebenûkag kvantovohímíčnedoslídžennâprostorovoíbudovitavlastivostejnanočastinokgídroksidukalíû AT grebenûkag quantumchemicalstudyonspatialstructureandpropertiesofpotassiumhydroxidenanoparticles |