MnS(г). Термодинамические свойства газообразного сульфида марганца в стандартном состоянии при температурах 100 - 6000 К приведены в табл. MnS.
В табл. Mn.4 представлены молекулярные постоянные 55Mn32S, использованные для расчета термодинамических функций.
Электронный спектр MnS впервые наблюдался в работе [73MON/MOH] в спектре термического испускания паров над смесью марганца с сульфидами кадмия или цинка при температуре 2200ºС. Молекуле MnS приписаны две системы полос в районах 4900-5890Å и 4200-4750Å.
Колебательная структура системы 4900-5890Å проанализирована по кантам полос в работах [73MON/MOH, 74BIR/BOU, 93UTT/GOP], системы 4200-4750Å – в работах [73MON/MOH, 93UTT/GOP]. Согласно результатам анализа [73MON/MOH, 93UTT/GOP], системы имеют общее нижнее состояние.
Вращательная и тонкая структура полос (0,3), (0,1) и (0,0) системы 4900-5890Å (A-X) проанализирована в спектрах высокого разрешения [85DOU/PIN]. Анализ показал, что система образована переходом 6Σ - 6Σ. Сверхтонкая структура линий в полосе (0,1) проанализирована в спектре суб-допплеровского разрешения [88DOU/DUF].
Спектр лазерной флуоресценции MnS, полученный при возбуждении линией 4579Å аргонового лазера [85DOU/PIN], подтвердил, что полосы в районе 4200-4750Å не являются частью системы A-X, а принадлежат отдельной системе (B-X), и подтвердил их колебательное отнесение, сделанное в [73MON/MOH]. Основываясь на том, что системы B-X и A-X имеют общее нижнее состояние, и полосы обеих систем имеют только по одному канту, авторы [93UTT/GOP] заключили, что система B-X так же, как и система A-X, образована переходом 6Σ - 6Σ.
Спектр ЭПР молекулы MnS в матрицах из твердого аргона и криптона при 4ºK проанализирован в [82BAU/VAN]. Установлено, что основное состояние молекулы имеет симметрию 6Σ, определены параметры сверхтонкого взаимодействия.
ИК-спектр молекулы MnS в матрице из аргона при 4ºK содержит два пика поглощения с частотами 508 и 476 см-1 [75DEV/FRA]. ( DG1/2 в газовой фазе - 487.33 см-1 [85DOU/PIN]).
Чисто вращательный спектр MnS в основном электронно-колебательном состоянии X6Σ+(υ=0) получен в [2002THO/BRE]. С очень высокой точностью измерена тонкая и сверхтонкая структура вращательных переходов.
Фотоэлектронный спектр аниона MnS- зарегистрирован в [96ZHA/KAW]. Спектр состоит из двух пиков, которые интерпретированы как переходы из основного состояния аниона в основное и возбужденное (0.75 эВ) состояния нейтральной молекулы. Симметрия состояний не установлена, сделаны предположения на основе теоретических представлений.
Ab initio расчеты MnS выполнены в работах [87AND/HON, 95BAU/MAI, 2000BRI/ROT]. Во всех работах рассчитаны параметры основного состояния. Расчеты возбужденных состояний в литературе отсутствуют.
В расчет термодинамических функций были включены: а) основное состояние X6Σ+; б) три экспериментально наблюдавшихся возбужденных состояния, а именно: состояние, наблюдавшееся в фотоэлектронном спектре и состояния A6Σ+ и B(6Σ+); в) прочие состояния в диапазоне до 40000 см-1, оцененные на основе сходства с молекулой MnO.
Колебательные постоянные основного состояния MnS получены в работах [73MON/MOH, 74BIR/BOU, 85DOU/PIN, 93UTT/GOP]. Наиболее точные значения получены в [85DOU/PIN] с использованием результатов анализа вращательной структуры полос.
Вращательные постоянные основного состояния MnS получены в работах [85DOU/PIN, 88DOU/DUF, 2002THO/BRE]. Наиболее точные значения констант для колебательного уровня υ=0 даны в [2002THO/BRE], для уровня υ=1 в [88DOU/DUF]. В [85DOU/PIN] получены вращательные константы для уровней υ=0, υ=1 и υ=3, и рассчитаны равновесные значения. Расчет равновесных значений с использованием данных [2002THO/BRE] и [88DOU/DUF] не дает увеличения точности по сравнению с [85DOU/PIN]. В табл. Mn.4 приняты равновесные постоянные из [85DOU/PIN].
Энергия первого возбужденного состояния и его симметрия даны согласно [96ZHA/KAW]. Энергия состояния A6Σ+ приведена по данным [74BIR/BOU, 84ХЬЮ/ГЕР], состояния B(6Σ+) - [84ХЬЮ/ГЕР, 93UTT/GOP].
Не наблюдавшиеся состояния MnS оценены на основе сходства строения MnS и MnO. Основным состоянием обеих молекул является 6Σ+, энергии состояний A6Σ+ близки. Сходство электронного строения молекул продемонстрировали теоретические исследования [95BAU/MAI, 2000BRI/ROT]. Поэтому энергии и статистические веса не наблюдавшихся электронных состояний молекулы MnS приняты такими же, как энергии и статистические веса экспериментальных и оцененных состояний молекулы MnO. Погрешность увеличена, учитывая разную в двух молекулах энергию первого возбужденного состояния.
Термодинамические функции MnS(г) были вычислены по уравнениям (1.3) - (1.6), (1.9), (1.10) и (1.93) - (1.95). Значения Qвн и ее производных рассчитывались по уравнениям (1.90) - (1.92) с учетом двадцати четырех возбужденных состояний в предположении, что Qкол.вр(i) = (pi/pX)Qкол.вр(X). Колебательно - вращательная статистическая сумма состояния X6Σ+ и ее производные вычислялись по уравнениям (1.73) - (1.75) непосредственным суммированием по колебательным уровням и интегрированием по вращательным уровням энергии с помощью уравнения типа (1.82). В расчетах учитывались все уровни энергии со значениями J < Jmax,v, где Jmax,v находилось из условий (1.81). Колебательно-вращательные уровни состояния X6Σ+ вычислялись по уравнениям (1.65). Коэффициенты Ykl в этих уравнениях были рассчитаны по уравнениям (1.66) для изотопической модификации, соответствующей естественной смеси изотопов серы из молекулярных постоянных для 55Mn32S, приведенных к таблице Mn.4. Значения Ykl, а также vmax и Jlim приведены в табл. Mn.5.
Основные погрешности рассчитанных термодинамических функций MnS(г) при температурах 298.15 - 1000К обусловлены методом расчета. При 3000K и 6000K основной вклад в погрешность дают метод расчета и неопределенность энергий возбужденных состояний. Погрешности в значениях Φº(T) при T = 298.15, 1000, 3000 и 6000K оцениваются в 0.05, 0.16, 1.2 и 2.3 Дж K-1моль-1, соответственно.
Ранее термодинамические функции MnS(г) были рассчитаны без учета возбужденных состояний в работе [74MIL] до 2000K и с учетом возбужденных состояний в работе [85БЕР/ГУР] до 6000К. Расхождения в значениях Φº(T) между [74MIL] и [85БЕР/ГУР] достигают 8 Дж K-1моль-1 при всех температурах и обусловлены, вероятно, ошибкой в расчете [74MIL].
Расхождения в значениях Φº(T) между [85БЕР/ГУР] и настоящей работой составляют 0.1 Дж×K‑1×моль‑1 при 298.15K, 0.1 Дж×K‑1×моль‑1 при 1000К, 1 Дж×K‑1×моль‑1 при 3000K и достигают 5.2 Дж×K‑1×моль‑1 при 6000К. Они обусловлены использованием в настоящей работе более точного значения вращательной постоянной и включением в расчет низколежащих возбужденных состояний молекулы.
Термохимические величины для MnS(г).
Константа равновесия реакции MnS(г) = Mn(г) + S(г) рассчитана на основании принятого значения энергии диссоциации MnS:
D°0(MnS) = 278 ± 8 кДж×моль‑1 = 23240 ± 670 см‑1.
В работе [65WIE/GIL] было выполнено масс-спектрометрическое измерение давлений пара продуктов испарения MnS(к) из вольфрамовой эффузионной ячейки. При температуре 1664°К измеренные давления пара составили: P(Mn) = 8.53E-06, P(S2) = 4.27E-06, P(S) = 4.47E-07 и P(MnS) = 1.98E-08 атм. Эти данные приводят для реакции (1), Mn(г) + S2(г) = MnS(г) + S(г) к величинам Кр(1, 1664°К) = 0.243Е-03, DrH°(1, 0°К) = 143 ± 6 кДж×моль‑1 и D°0(MnS) = 278 ± 6 кДж×моль‑1 . В той же работе представлены результаты измерений величины Кр реакции (2), MnS(г) = Mn(г) + S(г), (5 измерений, 1587-1754°К). Обработка этих результатов дает значения D°0(MnS) = 279 ± 8 кДж×моль‑1 (3 закон) и D°0(MnS) = 238 ± 235 кДж×моль‑1 (2 закон). Эти результаты практически совпадают с полученными по реакции (1), но представляются менее надежными. В качестве рекомендации принята величина, полученная по реакции (1) с несколько увеличенной погрешностью. В самой работе [65WIE/GIL] приводится значение D°0(MnS) = 297 ± 17 кДж×моль‑1. Отличие связано с использованием различных термодинамических функций MnS(г).
В масс-спектрометрическом исследовании [62COL/GOL] приводится значение D°0(MnS) = 272 ± 21 кДж×моль‑1, близкое к принятому, но менее точное.
Наши квантово-механические вычисления довольно высокого в теоретическом отношении уровня (CCSD(T), не опубликовано) приводят к значению: D°0(MnS) = 269 ± 21 кДж×моль‑1. В этих вычислениях использована процедура оценки достоверности результата, названная нами «идеологией групп сцепления» [2006ГУС/ИОР].
Принятому значению соответствуют величины:
DfH°(MnS, г, 0) = 280.236 ± 8.2 кДж×моль‑1 и
DfH°(MnS, г, 298.15) = 280.124 ± 8.2 кДж×моль‑1 .
Авторы
Гусаров А.В. a-gusarov@yandex.ru
Куликов А.Н. aleksej-kulikov@km.ru
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
9.04.09
Таблица Mn.4. Молекулярные постоянные Mn2, MnH, MnF, MnCl, MnBr, MnI, MnO и MnS.
Примечания: все постоянные ниже даны в см-1. Mn2 a Оцененные электронные состояния:
б вычислено по формуле 1.67; в вычислено через re по формуле 1.38; г вычислено по формуле 1.69; д вычислено по формуле 1.68; е вычислено при значении обменного параметра J=10±2 [91KIR/BIE]; ж оценка, см. текст
MnH a Оцененные электронные состояния:
б по данным [2005GOR/APP] Y30 = -0.309037 см‑1, 104×Y21 = -1.200, 104×Y31 = -3.0252, 106×Y12 = 1.397, 107×Y22 = -2.823, 107×Y32 = -1.225; 109×Y03 = 9.4670; 109×Y13 = -1.551; 1012×Y04 = 1.360; 1013×Y14 = 9.16; в константы для уровня v = 0, T0, DG1/2; г A0 = -62.308; д A0 = 40.51878; е A0 = -22.92; ж β·106 = 2.68; з β·105 = 1.67; и оценка с использованием результатов [89LAN/BAU]; к расчет [89LAN/BAU]; л из графика потенциальных кривых [89LAN/BAU]
MnF a Оцененные электронные состояния:
б константы для уровня v = 0; в см. текст; г оценка; д A0 = -63.1183; е A = -78.2661; ж Ae = 36.596; MnCl a Оцененные электронные состояния:
б константы для уровня v = 0, DG1/2; в см. текст; г оценка; д рассчитано, исходя из DG1/2 = 382.4 по соотношению 1.67; е A = 44;
MnBr a Оцененные электронные состояния:
б вычислено по формуле 1.38; в см. текст; г аb initio расчет методом CCSD(T); д вычислено по соотношениям 1.68 и 1.69; е A ~ 58
MnI a Оцененные электронные состояния:
б вычислено по формуле 1.38; в вычислено по формуле 1.67; г оценка по формуле Гуггенхеймера [46GUG] при данном значении we; д вычислено по соотношению 1.69; е вычислено по соотношению 1.68;
MnO a Оцененные электронные состояния:
б вычислено по формуле 1.67 при DG1/2 = 832.408 ± 0.012 [80GOR/MER]; в B1, D1, вращательная структура уровня v = 0 сильно возмущена; г B1 - B0, B0 = 0.4633; д r0, е фотоэлектронный спектр аниона [2000GUT/RAO], ж расчет [2003DAI/DEN], з расчет [2000GUT/RAO]
MnS a Оцененные электронные состояния:
б фотоэлектронный спектр аниона [96ZHA/KAW]; в оценка, основанная на сходстве с MnO; г константы для уровня v = 0; |
Таблица Mn.5. Значения коэффициентов в уравнениях, описывающих уровни энергии (в см‑1), а также значения vmax и Jlim, принятые для расчета термодинамических функций Mn2, MnH, MnF, MnCl, MnBr, MnI, MnO, MnS.
Примечание. а энергии возбужденных состояний приведены в таблице Mn.4; б Y40×101 = -5.895856, Y50×102 = 2.025045, Y31×104 = -3.024650, Y22×107 = -2.822384, Y32×107 = -1.224688, Y13×109 = -1.550605, Y04×1013 = -8.335066 |
[46GUG] | Guggenheimer K.M. - Proc. Phys. Soc. A,1946,58, p.456 |
[62COL/GOL] | Colin E.,Goldfinger P.,Jeunehomme M. - "Existence of Gaseous Sulphides of the Transition Elements: Dissociation Energy of Gaseous MnS." Nature,1962,194,p.282-283 |
[65WIE/GIL] | Wiedemeier H.,Gilles P.W. - "Mass-Spectrometric Study of the Sublimation of MnS(s) and the Dissociation Energy of MnS(g)." J. Chem. Phys.,1965,42,No.8,p.2765-2769 |
[73MON/MOH] | Monjazeb A.,Mohan H. -"Thermal emission spectra of two new diatomic emitters - CrS and MnS." Spectrosc. Lett., 1973,6,No.3,p.143-146 |
[74BIR/BOU] | Biron M.,Boulet H.,Ruamps J. -"Spectre visible de la molecule MnS." C. r. Acad. sci.,1974,278B,p.835-836 |
[74MIL] | Mills K.C. -'Thermodynamic data for inorganic sulphides, selenides and tellurides.' , London: Butterworths and Co., 1974,p.1-845 |
[75DEV/FRA] | DeVore T.C.,Franzen H.F. -"First period transition metal sulfide gaseous molecules: matrix spectra, oxide-sulfide correlation, and trends." High. Temp. Sci.,1975, 7,p.220-235 |
[80GOR/MER] | Gordon R.M.,Merer A.J. -"Rotational and hyperfine structure in the A6?+ - X6?+ electronic transition of MnO." Can J. Phys.,1980,58,p.642-655 |
[82BAU/VAN] | Baumann C.A.,Van Zee R.J. Weltner W.(Jr.) -"High-spin molecules: electron spin resonance of manganese halides and sulfide at 4 K." J. Phys. Chem.,1982,86,No.26,p.5084-5093 |
[84ХЬЮ/ГЕР] | Хьюбер К.-П.,Герцберг Г. -'Константы двухатомных молекул. В 2-х ч.: Пер. с англ. Ч. 1, 2.' , Москва: Мир,1984,с.1-776 |
[85DOU/PIN] | Douay M.,Pinchemel B.,Dufour C. -"Laser-induced fluorescence of MnS: rotational analysis of the A6?+ - X6?+ transition." Can. J. Phys.,1985,63,p.1380-1388 |
[85БЕР/ГУР] | Бергман Г.А.,Гурвич Л.В.,Ефимов М.Е.,Ефимова А.Г.,Иориш В.С.,Леонидов В.Я.,Люцарева Н.С.,Медведев В.А.,Назаренко И. И.,Толмач П.И.,Хандамирова H.Э.,Шенявская Е.А.,Юнгман В.С. -"Термодинамические свойства марганца и его соединений."?Деп.ВИНИТИ.?, №8845-85.Москва:ВИНИТИ,1985 |
[87AND/HON] | Anderson A.B.,Hong S.Y.,Smialek J.L. -"Comparison of bonding in first transition-metal series: diatomic and bulk sulfides and oxides." J. Phys. Chem.,1987,91,p. 4250-4254 |
[88DOU/DUF] | Douay M.,Dufour C.,Pinchemel B. -"Reinvestigation of the A6?+ - X6?+ transition of MnS: analysis of the fine and hyperfine structures." J. Mol. Spectrosc.,1988, 129,p.471-482 |
[89LAN/BAU] | Langhoff S.R.,Bauschlicher C.W.(Jr.), Rendell A.P. -"The Spectroscopy of MnH." J. Mol. Spectrosc.,1989,138,p. 108-122 |
[91KIR/BIE] | Kirkwood A.D.,Bier K.D.,Thompson J.K.,Haslett T.L.,Huber A.S.,Moskovits M." -"Ultraviolet-visible and Raman spectroscopy of diatomic manganese isolated in rare-gas matrices." J. Phys. Chem., 1991, 95,p.2644-2652 |
[93UTT/GOP] | Uttam K.N., Gopal R., Joshi M.M. -"Thermal emission spectrum of MnS molecule." Indian J. Phys., 1993, B67, No.2, p.183-187 |
[95BAU/MAI] | Bauschlicher C.W.(Jr.), Maitre P. -"Theoretical study of the first transition row oxides and sulfides." Theor. Chim. Acta,1995,90,No.2-3,p.189-203 |
[96ZHA/KAW] | Zhang N.,Kawamata H.,Nakajima A.,Kaya K. -"Photoelectron spectroscopy of manganese-sulfur cluster anions." J. Chem. Phys.,1996,104,No.1,p.36-41 |
[2000BRI/ROT] | Bridgeman A.J.,Rothery J. -"Periodic trends in the diatomic monoxides and monosulfides of the 3d transition metals." J. Chem. Soc. Dalton Trans.,2000,p.211-218 |
[2000GUT/RAO] | Gutsev G.L.,Rao B.K.,Jena P. - "Experimental and theoretical study of the photoelectron spectra of MnOx-(x=1-3) clusters." J. Chem. Phys., 2000, 113, No.4,p. 1473-1483 |
[2002THO/BRE] | Thompsen J.M.,Brewster M.A.,Ziurys L.M. -"Molecules in high spin states: The millimeter and submillimeter spectrum of the MnS radical (X6?+)" J. Chem. Phys., 2002,116,No.23,p.10212-10220 |
[2003DAI/DEN] | Dai B.,Deng K.,Yang J.,Zhu Q. -"Exited states of the 3d transition metal monoxides." J. Chem. Phys.,2003,118,No.21,p.9608-9613 |
[2005GOR/APP] | Gordon I.E.,Appadoo D.R.T.,Shayesteh A.,Walker K.A.,Bernath P.F. -"Fourier transform infrared emission spectra of MnH and MnD." J. Mol. Spectrosc.,2005,229,p. 145-149 |
[2006ГУС/ИОР] | Гусаров А.В.,Иориш В.С. -"Оценка априорной погрешности ab initio вычислений термохимических величин на примере энергий диссоциации молекул ZnO и ZnS." Ж. физ. химии,2006, 80,No.11,с.2092-2097 |