VCl(г). Термодинамические свойства газообразного хлорида ванадия в стандартном состоянии при температурах 100 - 6000 К приведены в табл. VCl.
В табл. V.Д1 представлены молекулярные постоянные, использованные для расчета термодинамических функций VCl.
Симметрия основного состояния VCl однозначно не установлена. В электронном спектре наблюдался переход 5Δ - 5Δ, нижнее состояние которого является, возможно, основным состоянием молекулы [2001RAM/BER, 2003RAM/LIE]. Вращательные переходы в этом состоянии наблюдались в работе [2009HAL/ZIU]. Согласно квантово-механическому расчету [2003RAM/LIE] (C-MRCI) симметрия основного состояния VCl действительно 5Δ, однако первое возбужденное состояние 5Π имеет энергию всего лишь 517 см-1. Авторы [2009HAL/ZIU] на основе обнаруженных возмущений сверхтонкой структуры вращательных уровней 5Δ, предположили, что состояние 5Π лежит еще ниже, непосредственно в спин-орбитальной структуре 5Δ. Возможно даже, что центральная компонента 5Π1 лежит ниже центральной компоненты 5Δ2, и формально основным состоянием является 5Π. В таблице V.Д1 как основное обозначено состояние X5Δ0 и приведено возможное положение компонент X5Δ и A5Π с учетом оценки величины спин-орбитального расщепления этих состояний в [2009HAL/ZIU] и данных этой работы о возмущениях в сверхтонкой структуре X 5Δ.
Равновесные константы состояния X 5Δ приведены по данным работы [2003RAM/LIE], где они рассчитаны усреднением констант, полученных для отдельных спин-орбитальных компонент.
Энергии возбужденных состояний приняты согласно расчету [2003RAM/LIE], за исключением состояния E5Δ, которое наблюдалось экспериментально. Энергия E5Δ рассчитана как энергия перехода E5Δ2 - X5Δ2 по данным [2003RAM/LIE] плюс оценка энергии компоненты X5Δ2.
Колебательные и вращательные постоянные возбужденных состояний в расчете термодинамических функций не использовались и приведены в табл. V.Д1 для справки. Для состояния E5Δ приведены константы, полученные экспериментально в [2003RAM/LIE]. Константы других возбужденных состояний приведены согласно квантово-механическому расчету [2003RAM/LIE]. Следует отметить, что этот расчет дал заниженные значения we и завышенные значения re для X5Δ и E5Δ (we = 373 см-1, re = 2.325Å и we = 321 см-1, re = 2.430Å, соответственно).
В расчет термодинамических функций были включены: а) основное состояние X5Δ0; б) другие компоненты спин-орбитального расщепления X5Δ и A5Π, как отдельные Ω-состояния; в) низколежащие квинтетные и триплетные состояния, полученные в квантово-механическом расчете и/или наблюдавшиеся экспериментально; г) синтетические (оцененные) состояния, объединяющие прочие возбужденные состояния молекулы с оцененной энергией до 40000 см-1.
Статистические веса синтетических состояний оценены с использованием ионной модели V+Cl-. В рамках этой модели низколежащие состояния молекулы могут быть интерпретированы как компоненты расщепления термов иона V+ 5F(3d34s) (C5Φ, X5Δ, A5Π, B5Σ–), 5D(3d4) (E5Δ, F5Π, D5Σ+), 3F(3d34s) (d3Φ, c3Δ, b3Π, a3Σ–). Другие термы конфигураций 3d4 и 3d34s дают более высоко лежащие состояния, их статистические веса распределены по синтетическим состояниям в соответствии с энергией термов в ионе [71MOO] плюс поправка на энергию нижнего терма конфигурации в молекуле. Поправка для 5D(3d4) оценена в 5000 см-1 (~ энергия 5Σ+ плюс половина предполагаемой величины расщепления терма) и для 5F(3d34s) в 2500 см-1 (средняя энергия состояний C5Φ, 5Σ–). (Обоснование см. в тексте VH). Синтетические состояния 25000 см-1 и выше включают также статистические веса термов конфигурации 3d34p. Нижние состояния этой конфигурации помещены в район 26000 см-1 в соответствии с предположительной интерпретацией спектра поглощения VCl, наблюдавшегося в [70IAC/CHA].
Термодинамические функции VCl(г) были вычислены по уравнениям (1.3) - (1.6), (1.9), (1.10), (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 X 5Δ0 и ее производные вычислялись по уравнениям (1.70) - (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 X5Δ0 вычислялись по уравнениям (1.65), значения коэффициентов Ykl в этих уравнениях были рассчитаны по соотношениям (1.66) для изотопической модификации, соответствующей естественной смеси изотопов ванадия и хлора из молекулярных постоянных 51V35Cl, приведенных в таблице V.Д1. Значения коэффициентов Ykl, а также величины vmax и Jlim приведены в табл.V.Д2.
При комнатной температуре получены следующие значения:
Cpo(298.15 К) = 36.833 ± 1.29 Дж×К‑1×моль‑1
So(298.15 К) = 260.080 ± 0.75 Дж×К‑1×моль‑1
Ho(298.15 К)-Ho(0) = 10.802 ± 0.16 кДж×моль‑1
Основной вклад в погрешность рассчитанных термодинамических функций VCl(г) во всем диапазоне температур дает неопределенность энергий низколежащих электронных состояний. При 3000 и 6000 K сравнимый вклад в погрешность Cpo и So вносит метод расчета. Погрешности в значениях Φº(T) при T = 298.15, 1000, 3000 и 6000 K оцениваются в 0.3, 0.8, 0.8 и 0.6 Дж×K‑1×моль‑1, соответственно.
Ранее термодинамические функции VCl(г) вычислялись в интервале температур 298 – 2000 K в работе [2008HIL/LAU]. Использовалось приближение «гармонический осциллятор- жесткий ротатор», были учтены возбужденные состояния в соответствии с данными расчета [2003RAM/LIE], спин-орбитальное расщепление в основном и возбужденных состояниях не учитывалось. (Принятые в [2008HIL/LAU] значения молекулярных констант: w = 410 см-1, момент инерции I = 16.9×10-39 г×см2, что соответствует B = 0.16564 см-1). Разность между значениями Φ’º(T), приведенными в [2008HIL/LAU] и рассчитанными из таблицы VCl по формуле 7а, при T = 298.15, 1000 и 2000 K составляет -2.8, -1.8, -1.3 Дж×K‑1×моль‑1, соответственно. Основной причиной расхождений является более низкая энергия первого возбужденного состояния, принятая в настоящем расчете.
Термохимические величины для VCl(г).
Константа равновесия реакции VCl(г)=V(г)+Cl(г) вычислена по значению ΔrHº(0 K) = 426.425 ± 15.3 кДж·моль-1 соответствующему принятой энтальпии образования:
ΔfHº(VCl, г, 298.15 K) = 209 ± 15 кДж·моль-1.
В работе [2008HIL/LAU] масс-спектрометрическим методом были выполнены измерения констант равновесия реакций:
VCl2+VCl4=2VCl3 (11 измерений, 1027 ‑ 1133 К) (1),
ΔrHº(298.15 K) = ‑10.3 ± 0.19 ккал×моль‑1 ,
Ag+VCl3=AgCl+VCl2 (16 измерений, 1089 ‑ 1643 К) (2),
ΔrHº(298.15 K) = 4.7 ± 0.16 ккал×моль‑1 и
Ag+VCl2=AgCl+VCl ( 5 измерений, 1643 ‑ 1740 К) (3),
ΔrHº(298.15 K) = 38.4 ± 0.48 ккал×моль‑1 .
Комбинация этих результатов со значением ΔrHº(4), полученным авторами работы [2008HIL/LAU] ранее:
AgCl=Ag+Cl (4)
ΔrHº(298.15 K) = 75.1 ± 0.4 ккал×моль‑1 [96HIL/LAU],
дает энтальпии реакций (5-7):
(1)+(2)+(4) à VCl4=VCl3+Cl (5),
ΔrHº(298.15 K) = ‑(10.3 ± 0.19) + (4.7 ± 0.16) + (75.1 ± 0.4) =
= 69.5 ± 0.47 ккал×моль‑1 = 290.8 ± 2.0 кДж×моль‑1,
(1)+2*(2)+2*(4) à VCl4=VCl2+2Cl (6),
ΔrHº(298.15 K) = ‑(10.3 ± 0.19) + 2*(4.7 ± 0.16) + 2*(75.1 ± 0.4) =
= 149.3 ± 0.88 ккал×моль‑1 = 624.7 ± 3.7 кДж×моль‑1,
(1)+2*(2)+(3)+3*(4) à VCl4=VCl+3Cl (7),
ΔrHº(298.15 K) = ‑(10.3 ± 0.19) + 2*(4.7 ± 0.16) +(38.4 ± 0.48) + 3*(75.1 ± 0.4) =
= 262.8 ± 1.34 ккал×моль‑1 = 1099.6 ± 5.6 кДж×моль‑1.
Комбинация энтальпий реакций (5-7) с принятой в данном документе энтальпией образования VCl4(г) соответствует приведенным ниже энтальпиям образования (кДж×моль‑1):
ΔfHº(VCl, г, 298.15 K) = -528.0±2.0 + 1099.6 ± 5.6 – 3*121.302 = 207.7 ± 5.9,
ΔfHº(VCl2, г, 298.15 K) = -528.0±2.0 + 624.7 ± 3.7 – 2*121.302 = ‑145.9 ± 4.2,
ΔfHº(VCl3, г, 298.15 K) = -528.0±2.0 + 290.8 ± 2.8 – 1*121.302 = ‑358.5 ± 3.4.
Приводимые для энтальпий реакций (1-3) погрешности характеризуют только воспроизводимость результатов, вычисленную автором данного материала по представленным в [2008HIL/LAU] данным для уровня доверия 0.95. Такой же смысл имеют и погрешности в энтальпиях реакций (5-7) и в энтальпиях образования VCl(г), VCl2(г) и VCl3(г). Полные погрешности в энтальпиях образования могут быть оценены в ± 15 кДж×моль‑1; основным источником этой погрешности (± 12 кДж×моль‑1) является неточность в термодинамических функциях VCl4(г). Кроме того, в полученные энтальпии образования должны быть введены небольшие поправки, связанные с отличием принятых у нас функций энергии Гиббса от величин, принятых в [2008HIL/LAU], что приводит окончательно к значениям:
ΔfHº(VCl, г, 298.15 K) = 209 ± 15 кДж×моль‑1,
ΔfHº(VCl2, г, 298.15 K) = ‑147 ± 15 кДж×моль‑1 и
ΔfHº(VCl3, г, 298.15 K) = ‑363 ± 15 кДж×моль‑1.
Поскольку других определений стабильности молекулы VCl авторам представленного материала неизвестно, именно это значение и принимается в данном документе. Для молекул VCl2 и VCl3 вопрос выбора величин обсужден в соответствующих разделах документа.
Принятой величине соответствует значение:
ΔfHº(VCl, г, 0 K) = 207.369 ± 15.0 кДж·моль-1.
Авторы
Куликов А.Н. aleksej-kulikov@km.ru
Гусаров А.В. a-gusarov@yandex.ru
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
22.11.10
Таблица V.Д1 Молекулярные постоянные V2, VO, VH, VF, VCl.
Примечания: все постоянные ниже даны в см-1. V2 a Оцененные электронные состояния:
б рассчитано по формуле 1.67 из среднего для X 3Σ0– и X 3Σ1– значения DG1/2 = 535 [84LAN/MOR] при D0 = 22201 [92SPA/MOR2], см. текст; в среднее значение для X 3Σ0– и X 3Σ1–; г рассчитано по формуле 1.68; е константы для уровня v=0, T0, DG1/2; ж расчет [2000O'B/ALB]; з в матрице Ar [80COS/FOU], колебательные уровни в газовой фазе 846, 1339, 1867, 2388(±15) [2009BAL/LI].
VO a Оцененные электронные состояния:
б λ0 = 2.03087, λ1 = 2.028; в константы для уровня v=0, T0, DG1/2; г A = 56.93; д A = 35.19; е A = ~ 158; ж A = 63.0; з A ~ 66; и A ~ 207; к λ = 0.747; л A = 119.6; м A = 47.83; н A ~ 167; о A ~ 50;
VH a Оцененные электронные состояния:
б усредненные значения по результатам квантово-механических расчетов, см. текст; в рассчитано по формулам 1.67 – 1.69; г рассчитано по формуле 1.38; д среднее из вариантов расчета [2004KOS/ISH]; е ~ среднее из результатов расчетов[74SCO/RIC, 75HEN/DAS, 81DAS, 83WAL/BAU, 96FUJ/IWA, 2004KOS/ISH]; ж расчет [2004KOS/ISH]; з из рисунка потенциальных кривых [2004KOS/ISH];
VF a Оцененные электронные состояния:
б экспериментальные константы низколежащего состояния (A 5Δ) [2002RAM/BER] , принятые для расчета колебательно-вращательной статистической суммы основного состояния; в рассчитано по формуле 1.68; г спин-орбитальное расщепление X 5Π оценено из расщепления терма a5F иона V+ [71MOO]; д расчет [2004KOU/KAR] (C-MRCI+Q);
VCl a Оцененные электронные состояния:
б усредненные константы для компонент X 5Δ [2003RAM/LIE]; в константы для уровня v = 0, DG1/2; г возможное положение компонент X 5Δ и A 5Π с учетом данных [2009HAL/ZIU] о возмущениях в сверхтонкой структуре X 5Δ; д расчет [2003RAM/LIE]; е T0(E 5Δ2) = T0(X 5Δ2) + 6941.77; |
Таблица V.Д2. Значения коэффициентов в уравнениях, описывающих уровни энергии (в см‑1), а также значения vmax и Jlim, принятые для расчета термодинамических функций V2, VO, VH, VF, VCl.
Примечание. а энергии возбужденных состояний приведены в таблице V.Д1; |
[70IAC/CHA] | Iacocca D., Chatalic A., Deschamps P., Pannetier G. - "Spectres d'absorption et d'emission d'un nouveau radical: le monochlorure de vanadium." C. R. Acad. Sci., Paris, 1970, C271, No.12, p.669-672 |
[71MOO] | Moore Ch.E. -'Atomic energy levels.' , Washington: NSRDS-NBS, No.35., 1971, 1-3 |
[74SCO/RIC] | Scott P.R., Richards W.G. -"On the ligand field effect of the H atom in the TiH and VH." J. Phys. B.: Atom. and Mol. Phys., 1974, 7, No.11, p.L347-L349 |
[75HEN/DAS] | Henderson G.A., Das G., Wahl A.C. -"Multiconfiguration studies of some low-lying bound states of VH." J. Chem. Phys., 1975, 63, No.7, p.2805-2809 |
[80COS/FOU] | Cosse C., Fouassier M., Mejean T., Tranguille M. -"Dititanium and divanadium." J. Chem. Phys., 1980, 73, No.12, p.6076-6085 |
[81DAS] | Das G. -"A pseudopotential study of the iron-series transition metal hydrides." J. Chem. Phys., 1981, 74, No.10, p. 5766-5774 |
[83WAL/BAU] | Walch S.P., Bauschlicher C.W.(Jr.). -"CASSCF/CI calculations for first row transition metal hydrides: The TiH (4Ф), VH(5DELTA), CrH(6SIGMA+), MnH(7SIGMA+), FeH(4,6DELTA), and NiH(2DELTA) states." J. Chem. Phys., 1983, 78, No.7, p.4597-4605 |
[84LAN/MOR] | Langridge-Smith P.R.R., Morse M.D., Hansen G.P., Smalley R.E., Merer A.J. -"The bond length and electronic structure of V2." J. Chem. Phys., 1984, 80, No.2, p.593-600 |
[92SPA/MOR2] | Spain E.M., Morse M.D. -"Bond strengths of transition-metal dimers: TiV, V2, TiCo, and VNi." J. Phys. Chem., 1992, 96, No. 6, p.2479-2486 |
[96FUJ/IWA] | Fujii T.S., Iwata S. -"Theoretical studies of the ground and low-lying excited electronic states of the early transition metal dihydrides with state averaged MC SCF method." Chem. Phys. Lett., 1996, 251, p.150-156 |
[96HIL/LAU] | Hildenbrand D.L., Lau K.H. -"Thermochemistry of gaseous AgCl, Ag3Cl3 and CuCl." High. Temp. Mater. Sci., , 1996, 35, No. 1, p.11-20 |
[2000O'B/ALB] | O'Brien T.A., Albert K., Zerner M.C. -"The electronic structure and spectroscopy of V2." J. Chem. Phys., 2000, 112, No.7, p.3192-3200 |
[2001RAM/BER] | Ram R.S., Bernath P.F., Davis S.P. -"Fourier transform infrared emission spectroscopy of VCl." J. Chem. Phys., 2001, 114, No.10, p.4457-4460 |
[2002RAM/BER] | Ram R.S., Bernath P.F., Davis S.P., Merer A.J. -"Fourier transform emission spectroscopy of a new 2Ф - 1 2DELTA system of VO." J. Mol. Spectrosc., 2002, 211, p.279-283 |
[2003RAM/LIE] | Ram R.S., Lievin J., Bernath P.F., Davis S.P. -"Infrared emission spectroscopy and ab initio calculations on VCl." J. Mol. Spectrosc., 2003, 217, p.186-194 |
[2004KOS/ISH] | Koseki S., Ishihara Y., Fedorov D.G., Umeda H., Schmidt M.W., Gordon M.S. -"Dissociation potential curves of low-lying states in transition metal hydrides. 2. Hydrides of group 3 and 5." J. Phys. Chem. A, 2004, 108, No.21, p.4707-4719 |
[2004KOU/KAR] | Koukounas C., Kardahakis S., Mavridis A. -"Ab initio investigation of the ground and low-lying states of the diatomic fluorides TiF, VF, CrF and MnF." J. Chem. Phys., 2004, 120, No.24, p.11500-11521 |
[2008HIL/LAU] | Hildenbrand D.L., Lau K.H., Perez-Mariano J., Sanjurjo A. - "Thermochemistry of the gaseous vanadium chlorides VCl, VCl2, VCl3, and VCl4." J. Phys. Chem. A, 2008, 112, No.40, p. 9978-9982 |
[2009BAL/LI] | Balfour W.J., Li R. -"Visible bands of divanadium." J. Chem. Phys., 2009, 131, No.136101, p.1-2 |
[2009HAL/ZIU] | Halfen D.T., Ziurys L.M., Brown J.M. -"Fine structure and hyperfine perturbations in the pure rotational spectrum of the VCl radical in its X5DELTAr state." J. Chem. Phys., 2009, 130, No.164301, p.1-10 |