CC BY
48
УДК 661.716.31.1.23.42+541.8
З. М. Шамигулова (магистрант)1, К. Г. Кичатов (асп.)1,
Т. Р. Просочкина (к.х.н., доц.)1, Е. А. Кантор (д.х.н., проф., зав. каф.)2
Компьютерное моделирование молекулярных комплексов ацетилена и этилена с диметилсульфоксидом
Уфимский государственный нефтяной технический университет,
1 кафедра нефтехимии и химической технологиии, 2кафедра физики 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов 1; тел/факс (347) 2420718, e-mail: [email protected]
Z. M. Shamigulova, K. G. Kichatov, T. R. Prosochkina, E. A. Kantor
Computer modeling of molecular complexes acetylene and ethylene in the dimethylsulfoxide
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph/fax (347) 2420718, e-mail: [email protected]
Методами квантовой химии исследованы комплексы, образующиеся в процессе селективного извлечения ацетилена из этан-этиленовой фракции диметилсульфоксидом. Определено строение первой сольватной оболочки ацетилена и этилена. Показано, что селективное разделение этилена и ацетилена обуславливается образованием между молекулой ацетилена и ДМСО водородных связей.
Ключевые слова: абсорбция; ацетилен; квантово-химический расчет; координационное число; супермолекулярный подход; очистка газов; этан-этиленовая фракция.
Диметилсульфоксид (ДМСО) находит широкое применение в химической промышленности, в том числе при селективной очистке масел 1, поэтому может являться перспективным абсорбентом для селективного извлечения ацетилена из этан-этиленовой фракции.
С использованием квантово-химических методов RHF/6-31G(d,p), В3LYP/6-31G(d,p), МР2/6-3Ю^,р) 2,3 нами проведена полная оптимизация и определены структурные и энергетические параметры молекул ацетилена (1), этилена (2) и диметилсульфоксида (3); а также устойчивых молекулярных комплексов
С2Н2 -((СЩ^О^, С2Н4-((СН3)280)п, «=1+5.
Для равновесных конфигураций комплексов рассчитаны 4:
1. Энергия взаимодействия Евз у Хп между всеми молекулами комплекса:
Евз у Хп = ЕУХп — (ЕУ+« ЕХ) (1)
где У — молекула растворенного вещества (1 или 2);
Х — растворитель 3;
Дата поступления 09.03.11
Comlexes formed in acetylene hydrocarbons extraction process were investigated by use of quantum-chemistry methods. The structure of the first сольватной covers of acetylene and ethylene is defined. It is shown that selective division ethylene and acetylene is caused by formation between a molecule of acetylene and ДМСО hydrogen communications.
Key words: absorption; acetylene; quantum-chemical calculation; coordination number; supermolecular method; gas purification; ethane-ethylene fraction.
ЕУ -Хп — полная энергия комплекса, ккал/моль; Еу — полная энергия молекулы У, ккал/моль; ЕХ — полная энергия молекулы X, ккал/моль; п — число молекул растворителя Х.
2. Энергия взаимодействия между молекулами растворителя:
Евз Хп = ЕХп пЕХ, (2)
где ЕХп — полная энергия комплекса, состоящего только из молекул растворителя, в равновесной геометрии комплекса У-Хп, ккал/моль.
3. Энергия взаимодействия молекулы У с молекулами растворителя Х в комплексе за вычетом энергии взаимодействия между молекулами растворителя:
АЕвз = Евз У Хп Евз Хп (3)
Результаты расчета показывают, что абсолютная величина АЕвз возрастает для ацетилена и этилена при увеличении п от 1 до 4; при
202
Башкирский химический журнал. 2011. Том 1S. Жя 2
п=5 для всех методов наблюдается уменьшение абсолютной величины АЕвз. Дальнейшее увеличение количества молекул ДМСО в комплексе не приводит к увеличению абсолютной величины АЕвз, скорее всего, это связано с завершением заполнения первой сольватной оболочки молекулы растворенного вещества при п=4.
Межатомные расстояния в комплексе С2Н2 -((СН3)280)4 между атомами кислорода молекул ДМСО и водорода молекулы ацетилена лежат в пределах 2.5—2.6 Е, валентные углы Б-
О...Н от 90 до 180о, а энергия связи Есв Б-О...Н в этих комплексах составляет —1.8 ккал/моль, что служит свидетельством образования водородной связи 5. Величина Есв между атомом водорода ДМСО и ненасыщенной связью ацетилена составляет —1.6 ккал/моль. Образование комплекса С2Н4 • ((СН3)2БО)4 определяется координацией четырех молекул ДМСО с атомами водорода этилена. Следует отметить, что Есв Б-О...Н между молекулой ДМСО и молекулой этилена составляет около —0.6 ккал/
УДК 658.256
моль, а значение валентных углов менее 90 o, что показывает отсутствие водородной связи.
Таким образом, селективное разделение этилена и ацетилена, в первую очередь, обуславливается образованием водородных связей между молекулой ацетилена и ДМСО.
Литература
1. Кукушкин Ю. Н. //Соросовский образовательный ж.— 1997.— №9.— C. 54.
2. Просочкина Т. Р., Кантор Е. А. Квантово-химические расчеты молекул (Пакет программ HYPERCHEM).— Уфа: УГНТУ, 2003.-54 с.
3. Granovsky A. A., FIREFLY version 7.1, http:// classic.chem.msu.su/gran/FIREFLY/ index.html
4. Кичатов К. Г. Абсорбция ацетилена из этан-эти-леновой фракции селективными раствортелями: Дисс. ... канд. хим. н.- Уфа: УГНТУ, 2011. — 136 с.
5. Молекулярные взаимодействия: Справочник. Под ред. Ратайчак Г. и Орвилл-Томас У.— М.: Мир, 1984.— 600 с.
Н. А. Быковский (к.т.н., доц.)1, Н. Н. Фанакова (инж.)2,
Е. А. Кантор (д.х.н., проф., зав. каф.)3, Л. Н. Пучкова (асс.)2
Применение метода анализа временных рядов для исследования содержания аммиака и щелочности в воде реки Белая
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке,
1 кафедра автоматизированных технологических и информационных систем,
2кафедра общей химической технологии 453118, г. Стерлитамак, пр. Октября, 2; тел. (3473) 291140, e-mail: [email protected] 3Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра физики 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2420718
N. A. Bykovsky1, N. N. Fanakova2, Е. А. Kantor3, L. N. Pychkova2
Applying of method of time series analysis for ammonia and alkalinity ratio study in water of the river Belaya
1,2Branch of Ufa State Petrolium Technological University in Sterlitamak
2, October av, 453118, Sterlitamak, Russia; ph. (3473) 291140, e-mail: [email protected] 3Ufa State Petroleum Technological University
1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2420718
Методом анализа временных рядов обработаны результаты мониторинга водозабора в створе реки Белой в районе г. Стерлитамака. Исследовано изменение щелочности и содержания аммиака в реке за последние 17 лет. Показано наличие временной зависимости для изменения концентрации щелочности и отсутствия таковой для аммиака.
Ключевые слова: аммиак; временные ряды; сточные воды; щелочность.
The method of the analysis of time series is used to process results of water fence monitoring in the transit of the river Belaya around Sterlitamak. The behavior of alkalinity and ammonia concentration in the river for last 17 years is studied. Presence of time dependence for alkaline concentration change and it’s absence for ammonia is shown.
Key words: ammonia; time series; sewage; alkalinity.
Дата поступления 30.03.11
Башкирский химический журнал. 2011. Том 18. № 2
203
