Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ В ВУЗЕ

Виноградова М.Г., Артемьев А.А.

Обеспечение качества образования - одна из главных задач современности. Сейчас в эпоху научно-технического прогресса, глобальных интеграционных процессов в науке и культуре вузовское образование должно обладать способностью к опережающему развитию, быть научным и опираться на последние достижения науки и техники.

Этому способствует проведение фундаментальных исследований в вузах с привлечением студентов и аспирантов.

В настоящее время кафедрой естественнонаучных дисциплин Тверского института экологии и права и кафедрой физической химии Тверского государственного университета ведутся работы по проекту РФФИ №07-03-96403-Центр-а «Термохимическая кинетика радикальных реакций: математическое моделирование».

Проект направлен на выявление закономерностей, связывающих тепловые эффекты, энергии активаций, логарифмы констант скоростей радикальных реакций распада и замещения со строением исходных частиц, а также на разработку количественных методов расчета и предсказания указанных величин.

Нами проведен анализ состояния числовых данных по термохимическим характеристикам радикальных реакций распада и замещения в органических соединениях, выведен ряд рабочих формул, пригодных для массового расчета и прогнозирования энергий связей, тепловых эффектов, энергий активаций, логарифмов констант скоростей радикальных реакций распада и замещения в рядах мало изученных и не изученных соединениях, таких как:

ЭН4-l Хl , ЭН4-l-m ХlYm , ... ; ЭН3-l Хl , ... ; ЭН2-l Хl , ...

ЭН3-l Хl - ЭН3-l ´ Хl ´ , ... , ЭН3-l-m ХlYm - ЭН3-l ´-m´ Хl ´Ym ´ , ...

(Э = С, Si, Ge, Sn, ... ; Х,Y,... = D, T, F, Cl, Br, I, CH3, NO2 , ... ).

Тепловые эффекты реакций вида

ЭН4-lХl Þ ЭН3-lХl + Н, ЭН4-lХl Þ ЭН4-lХl-1 + Х

R + ЭН4-lХl Þ RH + ЭН3-lХl , M + ЭН4-lХl Þ MX + ЭН4-lХl-1

(Э = С, Si, ... ; Х = F, Cl, ... ; R = D, Cl, CH3, ... ; M = Na, ... ).

есть не что иное, как энергии разрыва связей в исходной молекуле

qD(1) l = a D(1) +bD(1)l+cD(1)l2 (l = 0, 1, 2, 3), qD(2) l = a D(2) +bD(2)l+cD(2)l2 (l = 1, 2, 3, 4).                            (1)

qs(1) l = a s(1) +bs(1)l+cs(1)l2 (l = 0, 1, 2, 3), qs(2) l = a s(2) +bs(2)l+cs(2)l2 (l = 1, 2, 3, 4).                    (2)

где aD(1), bD(1), cD(1), aD(2), bD(2), cD(2) - некоторые параметры.

В таком же виде можно представить энергии активаций.

На основе полученных формул, проведены численные расчёты по ряду термохимических характеристик: средним энергиям связей, энергиям разрыва связей, тепловым эффектам и энергиям активаций, логарифмам констант скоростей радикальных реакций.

В табл. 1 и табл. 2 показаны экспериментальные данные [1,2] и предсказанные значения соответственно энергии разрыва связей метилзамещённых силана и энергии активаций и логарифмы констант скоростей реакций радикального замещения. Звездочкой здесь помечены значения, вычисленные нами с использованием квадратичной (частично линейной) зависимости.

Анализ экспериментальных данных позволил выявить некоторые закономерности в рядах однотипных реакций [3,4], построить графические зависимости «Свойство - степень замещения» и др. В дальнейшем планируется проведение квантовомеханических расчетов реперных соединений при помощи методов квантовой
химии.

Полученные результаты можно использовать при проведении термохимических и др. расчетов исследуемых веществ и при подготовке справочных изданий. Нами они также применяются при подготовке учебных пособий и монографий, а также при чтении ряда общих и специальных дисциплин.

Таблица 1. Энергии разрыва связей во метилзамещённых силана (в кДж/моль)[1]

Уравнение реакции

D298

(к Дж/моль)

Уравнение реакции

D298

(к Дж/моль)

SiH4=SiH3+H

395±12,5

CH3SiH3=CH3+ SiH3

400±42

CH3SiH3=CH3SiH2+ H

495*

(CH3)2SiH2= CH3SiH2 + CH3

510*

(CH3)2SiH2= (CH3)2SiH + H

477

(CH3)3SiH= (CH3)2SiH + CH3

477

(CH3)3SiH= (CH3)3Si + H

339

(CH3)4Si= (CH3)3Si + CH3

300,4

Таблица 2. Энергии активаций и логарифмы констант скоростей реакций Na+(СН3)lClmH3-l-mC-ClÞ(СН3)lClmH3-l-mC+NaCl (T= 548 K)

Реакция

el (кДж/моль)

lg kl (k, с-1см3/моль)

Опыт [2]

Расчёт

Опыт [2]

Расчёт

Na+СН3ClÞ

41,8

41,8

10,7

10,7

Na+СН2Cl2Þ

31,0

31,0

11,75

11,75

Na+СНCl3Þ

20,9

20,2

12,7

12,8

Na+СCl4Þ

14,4

9,4

13,3

13,8

Na+СН3CH2ClÞ

39,3

39,3

10,.85

10,85

Na+(СН3)2CHClÞ

36,0

36,8

11,18

11,0

Na+(СН3)3CClÞ

32,6

34,3

11,52

11,15

Na+СН3CHCl2Þ

---

28,5

11,89

11,90

Na+СН3CCl3Þ

---

17,7

---

12,95

Na+(СН3)2CCl2Þ

---

26,0

12,45

12,05

Таким образом, проводимые исследования являются актуальными. Они позволяют решить ряд задач стоящих перед термохимической кинетикой и химической термодинамикой, способствуют развитию вузовской науки, приобщению студентов и аспирантов к научной работе.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 07-03-96403-рЦентр-а)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Гурвич Л.В., Карачевцев Г.В., Кондратьев В.Н. и др. Энергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону.- М.: Наука, 1974. 351с.
  2. Кондратьев В.Н. Константы скорости газофазных реакций. М.: Наука, 1971. 352 с.
  3. Папулов Ю.Г., Виноградова М.Г. Энергия химических связей: основные закономерности и методы расчета: Обзор //Вестн. ТвГУ. Сер. Химия.2006.№ 3. С.5-39.
  4. Папулов Ю.Г., Виноградова М.Г., Соколов С.А. Энергетика реакций радикального распада// Успехи современного естествознания. 2007, № 8. С. 49

Библиографическая ссылка

Виноградова М.Г., Артемьев А.А. ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ В ВУЗЕ // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 8. – С. 45-46;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=3564 (дата обращения: 15.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074