Nghiên cứu hiệu ứng muối của một số muối kim loại kiềm, kiềm thổ và kim loại đất hiếm trong các hệ dung môi hỗn hợp bằng phương pháp cân bằng lỏng - hơi, phương pháp động lực phân tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN ********** TÊN ĐỂ TÀI NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG MUỐI CỦA MỘT s ố MUỐI KIM LOẠI KIỂM, KIỂM THỔ VÀ KIM LOẠI ĐẤT HIẾM TRONG CÁC HỆ DƯNG MÔI HỖN HỢP BANG PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG LỎNG-HƠI, PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG L ự c PHÂN TỬ MÃ S ố : QT-03 ĐAI H Ọ C Q U Ỏ C GIA HÀ NỘi TRUNG TẦM THÒNG TIN THƯ VIỆN Ữ T /Z 4 - C H Ủ T R Ì ĐỀ TÀI: PGS.TS Vũ Ngọc Ban CÁC CÁN B ộ THAM GIA: GS.TSKH Đặng ứng Vận CN Nguyễn Hữu Thọ s v Nguyễn Hoạ Mv HÀ NỘI - 2004 BÁO CÁO TÓM TẮT a Tên đề tài: Nghiên cứu hiệu ứng muối s ố muối kim loại kiềm, kiềm th ổ kim loại đát hệ dung môi hỗn hợp phương pháp cán lỏng-hơi, phương pháp động lực phân tử b Chủ trì đề tài: PGS.TS Vũ Ngọc Ban c Các cán tham gia: GS.TSKH Đặng ứ n g Vận CN Nguyễn Hữu Thọ s v Nguyễn Họa My d Mục tiêu nội dung nghiên gh i Mục tiêu : Nghiên cứu ảnh hưởng tác nhân tách rấn (muối số kim loại) đến khả nãng phân tách hệ dung môi hỗn hợp bàng phương pháp thực nghiệm (Phương pháp cân lỏng hơi) phương pháp lý thuyết (Phương pháp động lực phân tử-MD) N ội clung nghiên cứu : Nghiên cứu ảnh hưởng muối NaCl, muối LiCl lên cân lỏng-hơi hệ H C 0 H -H 20 So sánh với anh hưởng muối khác NiCl2, Cu(HCOO)2, C e (N 3)v Sử dụng phương pháp MD nghiên cứu ảnh hướng muối clorua kim loại kiềm lên hệ CH30 H -H 20 ảnh hưởng muối LiCl, NaCl lẽn hệ HCỎOH-H-O e Các kết đạt Nghiên cíai cân lỏng-hơi hệ HCOOH-H.O thêm muối NaCl LiCl nhận thấy : - Hệ H C 0 H -H 20 có điểm đẳng phí ứng với nồng độ 54,05% mol HCOOH " - Khi thêm muối NaCl nồng độ 0,5M; 1M;2M điểm đắng phí dịch chuyển xuống 53,07%; 52,55%; 52,01%mol HCOOH - Khi thêm muối LiCl nồng độ IM; 2M; 4M điếm đắns phí dịch chuyển xuống 44,01%; 40,05%; 26,81%mol 1ICOOH Như hiệu ứns muối NaCl khơng đáng kể troníi hiệu ứnii muối LiCl lớn Hiệu ứng muối tănii nồnc độ muối tăng So sánh hiệu ứng muối hai muối với muối NiCl2, Cu(HCOO)2, C e(N 03)3 nhận thấy kết thu phù hợp với thuyết tương tác điện thuyết solvat hoá hiệu ứng muối Nghiên cứu phương pháp MD: - Với hệ CH30 H -H 20 + muối clorua kim loại kiềm nhận thấy thêm muối vào khả phân tách hệ tãng lên Với muối LiCl khả phân tách mạnh nhất, muối NaCl có ảnh hưởng không lớn, muối KC1, RbCl, CsCI gần ảnh hưởng - Với hệ H C 0 H -H 20 + muối NaCl, muối LiCl, khả phân tách hai cấu tử tăng lên thêm muối Hiệu phân tách muối LiCl cao muối NaCl Sự hỗ trợ lẫn hai phương pháp Hai phương pháp nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết bổ xung cho việc nghiên cứu, lựa chọn tác nhân tách cho hỗn hợp dung mơi Tình hình kinh phí đề tài TT Kinh phí Nội dung Mua hố chất Thuê mướn chuyên gia Hội thảo, vãn phòng phẩm 4.495.000đ 4.500.000đ 760.000d 300.000đ Tổng kinh p h í Bằng chữ: Mười triệu năm mươi năm nghìn đồng KHOA QUẢN LÝ 10.055.OOOđ CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI PGS.TS Vũ Ngọc Ban I A Ẳ l ^ r /Y-ổy c QUAN CHỦ TRÌ ĐỂ tài SUMMARY REPORT OF THE SCIENTIFIC RESEARCH SUBJECT a Title of subject; Study on the salt effect o f salts o f alkali, alkaline-earth and rareearth metals on mixtures o f solvents by the liquid-gas equilibrium and the molecular dynamics Code No: QT - 03 Ả jL b Head of subject: Prof.Dr Vu Ngoc Ban c Participants: Prof Dang Ung Van Bsc Nguyen Huu Tho Student Nguyen Hoa My d Aim and contents of the subject: Aim: Study effect of solid agents (some metals’ salt) on capability of separation of some mixture solvent systems by experimental method and molecular dynamics method Contents: - e Study effect of NaCI, LiCl salt on liquid-gas equilibrium of H C 0 H - H ,0 system Using MD method to study effect of chloride ankali suits on CH30 H -H :0 system and effect of LiCl, NaCl salt on HCOOHH20 system Results Study liquid-gas equilibrium of H C 0 H -H :0 , when added NaCl, LiCl salt : H C 0 H -H 20 system’s boiled 54.05% mole of HCOOH isothermal point is Added NaCI on this system in different concentrations (0.5M, IM, 2M), one’s boiled isothermal point is reduced (53.07%; 52,55%; 52,01%) Added LiCl on this system in different concentrations ( 1M, 2M, 4M), one’s boiled isothermal point is reduced (53.07%; 52.55%: 52,01%) Therefore, Salt effect of NaCl is not strong And Sail effect of LiCl isstroniier than NaCl one’s Salt effect is rise when concentrate of this rise Comparing salt effect of those salts with some different salts (NiClz, Cu(HCOO)2, Ce(N0 3)3), we find: The results adapt with interactive electrostatic theory and solvative theory about salt effect Study by MD method we find When added akali salts on CH3OH-H1O, we realize that LiCl has the strongest capable separation KC1, RbCl and CsCl hardly have capable separation All the same with HCOOH-HjO, separation’s capability of LiCl is stronger than NaCl one’s 3., Interaction of two methods Two method/ experimental method and molecular dynamics method help one another in researching, selecting separative effect agent for mixture solvent systems h d f ({ HEAD OF SUJECT P ro f.D r.Vu Ngoc Ban PHẦN BÁO CÁO CHÍNH MỤC LỤC Mở đầu Phương pháp kết nghiên cứu A Phương pháp cân lỏng nghiên cứu ảnh 10 hưởng tác nhân tách B Kết nghiên cứu cân lỏng hệ 11 H C 0 H -H 20-LìC1 HCOOH-H2O NaCl 11 - Hoá chất - Dụng cụ - Tiến hành thí nghiệm - Kết tháo luận 11 Phương pháp động lực phân tử (MD) 13 13 24 29 Kết nghiên cứu hệ - CH^OH-H ị O-M uốì clorua kim loại kiềm - H C 0 H -H 20-NaCl, H C 0 H -H 20-LÌC1 29 34 Kết luận 35 Tài liệu tham khảo MỞ ĐẦU Tách chất nâng cao nồng độ chất hỗn hợp dung môi vấn đề cần thiết quan trọng hoá học Phương pháp chủ yếu để tách chất lỏng phương pháp chưng cất Tuy nhiên, hỗn hợp chất có nhiệt độ sơi gần đặc biệt với hệ có tạo thành hỗn hợp đẳng phí ( chiếm phần lớn hệ hai cấu tử) phương pháp chưng cất khơng thể tách riêng rẽ cấu tử Trong trường hợp này, người ta thường đưa vào hệ cấu tử thứ ba- gọí tác nhân tách- để làm thay đổi tương tác khả bay cấu tử hệ, dẫn đến dịch chuyển triệt tiêu hỗn hợp đảng phí hệ, làm dễ dàng cho trình chưng cất, phân tách chất Các tác nhân tách sử dụng lỏng rắn Việc sử dụng tác nhân tách rắn, đặc biệt muối, có nhiều ưu điểm phân tách cấu tử có độ tinh khiết cao không lẫn tác nhân tách, thiết bị chưng cất tương đối đơn giản, tác nhân tách dễ thu hồi vv nên ý nhiều năm gần Trong đề tài tiến hành nghiên cứu ảnh hướng số muối lên khả phân tách hỗn hợp dung môi, cụ thê hệ HCOOH-HnO phương pháp thực nghiệm phương pháp cân bang lỏng phương pháp lý thuyết phương pháp động lực phân tử (MD) PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u A Phương pháp cân lỏng nghiên cứu ảnh hưởng tác nhân tách Phương pháp chưng cất phân tách chất dựa vào khác thành phần cấu tử pha lỏng (x) pha (y), quan hệ chúng biểu thị phương trình : đây: cc - p, Ỵị — thoát đô tương đối cấu tử l so với cấu tứ 2 -Ĩ2 Từ (1) suy : y, X, -Z ~ = a - - 7X, ỉ y, (2) Tỉ số đấu tỉ số nồng độ cấu tử dễ bay khó bay pha hơi, tỉ số sau- pha lỏng Rõ ràng a lớn thành phần pha pha lỏng khác rõ rệt trình phân tách chất dễ dàng Như thơng qua giá trị a để đánh giá khả nãng phân tách cấu tử hộ pO Từ biểu thức : = nhân thấy a phu thuõc vào chất p2 -Ĩ2 p° cấu tử tinh khiết (thông qua tí lê - L phụ thuộc vào lực tương tác 5-) ỵ cấu tử (thông qua tỷ lệ ) Khi thêm tác nhân tách vào y2 hệ làm thay đối lực tương tác cấu tử hệ, nghĩa làm > Y\ , ,, thay đôi tý lệ dân tới thay đôi a r2 Giá sử thêm vào hệ hai cấu tử ( ) tác nhân tách, ký hiệu p Hệ thức chung biếu thị ảnh hướng tác nhân tác p lên thoát độ tương đối a thiết lập sở phân tích ảnh hưởng p lên hàm x lA g ỵ l ( o a hàm cúa y2) Bằng , biến đổi nhiệt động học thu phương trinh : a 1- x p (3) u đav: đâv: a a p thoát độ tương đối cấu tứ so với cấu tử va la 0' khỏnii có có mặt tác nhân tách p ộ Ip = x 1-1B + x p \ ) = Y p 10 Ộ p = x2.lgY2 + x p \ g ỵ p * ap Như vây đê tính đươc tỷ số — , đãc trưng cho ảnh hưởng tác a nhân tách lên khả nâng phân tách cấu tử, cần phải biết hệ số hoạt độ cấu tử hệ 1-p 2-p ( để tính ộip (Ị> Các giá trị 2p)Ỵj CÓ thể xác định dựa vào kiện cân lỏng-hơi Ví dụ : hộ hai cấu tử mà pha xem lý tưởng _ _ _ py, _ Yi x‘ p>, p7 x, ' (4) Biết y,, Xj xác định Ỵ j Các kiện cân lỏng hệ cấu tử thường ghi a p sách tra cứu, dựa vào xác định — loạt a muối khác nhau, từ lựa chọn muối có hiệu tốt hệ cho Tuy nhiên, có nhiều hệ kiện cân lỏng chưa nghiên cứu nên việc lựa chon muối làm tác nhân tách theo hệ thức (3) không thực Cần phải tiến hành thực nghiệm nghiên cứu cân bẳng lỏng hệ hai cấu tử 1-2 khơng có muối có muối ứng với nồng độ muối khác So sánh giản đồ cân băng lỏng so sánh giá trị a thu đựơc theo hệ thức: a=P r ị =M ! p o Ĩ2 y 2x i (5) v ứng với nồng độ muối khác nhau, đánh giá hiệu tách muối hệ hai cấu tử nghiên cứu B Kết nghiên cứu cân lỏng hệ H C 0 H -H 20-NaCl HCOOH-H.O-LiCl Hoá chất: Dụng cụ Axit formic 88%(về khối lượng), loại P.A Muối NaCl, loại P.A Muối LiCl, loại P.A Việc nghiên cứu cân lỏng thực theo phương pháp tuần hoàn hơi, với cất Otmera E Kết luận Trong đề tài thu kết sau : Đã nghiên cứu cân lỏng-hơi hệ H C 0 H -H :0 thêm muối N a LiCl, nhận thấy: - Hệ H C 0 H - H 20 có điểm đẳng phí ứng với nồng độ 54,05% mol HCOOH - Khi thêm muối NaCl nồng độ 0,5M; 1M;2M điểm đẳng phí dịch chuyển xuống 53,07%; 52,55%; 52,01%mol HCOỎH - Khi thêm muối LiCl nồng độ IM; 2M; 4M điểm đẳng phí dịch chuyển xuống 44,01%; 40,05%; 26,8 [%moI HCOOH Như hiệu ứng muối NaCl không đáng kể hiệu ứng muối LiCl lớn Hiệu ứng muối tăng nồng độ muối tăng So sánh hiệu ứng muối hai muối với muối N i c ụ Cu(HCOO): , C e(N 3)3 nhận thấy kết thu phù hợp với thuyết tương tác điện thuyết solvat hoá hiệu ứng muối Đã nghiên cứu ảnh hưởng muối đến khả phân tách hệ CH30 H -H 20 H C 0 H -H 20 phương phap MD: - - Với hệ CH30 H -H 20 + muối clorua kim loại kicm nhận thấy thêm muối vào, khả phân tách dung mồi hệ tăng lên Với muối LiCl khả phân tách mạnh nhất, muối NaCl có ảnh hưởng không lớn, muối KC1, RbCl, CsCl gần ảnh hưởng Với hệ H C 0 H -H 20 + muối NaCl, muối LiCI, nâng phân tách hai cấu tử tâng lên thêm muối Hiệu phân tách muối LiCl cao muối NaCl Các kết thu hai phương pháp nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết phù hợp Việc kêt hợp phương pháp mở hướng việc nghiên cứu tìm hiểu chất hiệu ứng muối việc lựa chọn muối có hiệu làm tác nhân tách cho hỗn hợp dung môi 34 Tài liệu tham khảo [1] Vũ Ngọc Ban, Bài giảng chuyên đề nhiệt động học 2003 [2] Đặng ứ n g Vận, Động lực phản ứng hoá học-NXB GD-2003 [3] H K L Ịu n ap u c, JI.JI ,ZỊoỡpocep0ob, B b KozaH, C o.ieecm P e K m u ộ u K a iịu n , “XumiLs”, JI.1969 [4] Vũ Hùng Sinh, Nguyễn Hữu Thọ, Đặng ứng Vận, Vũ Ngọc Ban, Tuyển tập báo cáo toàn văn hội nghị toàn quốc đề tài nghiên cứii khoa học lĩnh vực hoá /v hoá lý thuyết , 130-136, 2002 [5] MP.Allen, D J Tildesley, C o m p u t e r Simulation o f L iq u id s Oxford Univ Pres, Oxford (1992) [6], Nguyễn Thị Bích Lộc, Luận án tiến sĩ - Khoa Hoá-ĐH Tổng Hợp Hà n ộ i-1991 PHU LUC TĨM TẮT CÁC CƠNG TRÌNH NCKH CỦA CÁ NHÂN Ngành : Hoá; Chuyên ngành Hoá lý Họ tên Vũ Ngọc Ban N ăm 0 Tên báo : Nghiên cứu hiệu ứng muối muối NaCl hệ dung mõi hôn hợp C H 3O H -H 2O phương pháp m ô động lực phân tử Trang 13 -1 , năm 0 Tên tuyển tập hội nghị : T uyển tập báo cáo toàn văn hội nghị toàn quốc đề tài nghiên cứu khoa học lĩnh vực hố lý hố lý thuyết Tóm tát cơng trình tiếng việt Phương pháp động lực phân tử nghiên cứu hệ CH30H-H20 CH3OHH20-NaCl Tlm yếu tố ảnh hưởng chất điện ly (NaCl) lẽn khả phân tách cấu tử hệ : Hệ số tự khuếch tán, hàm RDF, số phối trí, nhiệt độ riêng phần, áp su ấ t Tiếng Anh Title : Stydy on the salt efect of NaCl onto properties of liquid solution of CH^OH and H->0 by M olecular D ynam ics M ethod Proceedings :Proceedings of the national conference fundamental research projects on physical and theoretical chemistry- Hanoi, 27 april 2002 Su m ary in English : Separation by distillation o f mixture is important work in the laboratory or in Industry Separation agents m ay make reaction c f Components diffenrent In this paper we present the results obtained by MD sim ulation o f solution o f C H : ,OH and H20 in presence o f M D tablesalt In this m ixture there are m any types o f reaction betw een particles However, the H ydrogenbonding plav m ost important role By RDF calculations and d iffu sion co efficien t we can prove the effect o f NaCl onto C H ,0 H -H ;0 system BỘ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ & MƠI TRƯỜNG CHƯƠNG TRÌN H KHOA HỌC c BẢN TUYỂN TẬP CÁC BÁO CÁO TOÀN VĂN HỘI NGHỊ■ TOÀN QUỐC ■ CÁC ĐỀ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC BẢN ■ TRONG LĨNH vực HOÁ LÝ VÀ HOÁ LÝ THUYẾT ■ P r o c e e d in g s o f the national co n feren ce fu n d a m en ta l r e se a r c h p rojects on physical and theoretical ch em istry 'Harror,"27 A p r il 2002 NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỒC GIA HÀ NỘI MỤC LỤC Phần l: Hố lí ỉ i runịí Trịnh Xuân Sén T ín h c h ấ t d iệ n h o cá c diệ n cực liổ n hự/) o \ír(R tiO : - F c : ÍT i R nO , - T iO r i'i R u - P t í í i ) Ir a tifi m ô i trư ng kiềm ứ/iỊị (ItuiỊỊ ( liu ( liĩn iíỊ Nguyễn Đ ức Hùng, Võ Thành Vinh I C c h ế q u n i n h o x y h ó a diện hóa ilic ĩí thái n x n y h ụ i Nguyễn Tống H oàng Oanh, Đỗ Ngọc Khué, Vũ Hùng Sinh, Nguyén Cõng Hue, Nguyễn Thị N ga 11 N g h iê n cứu tiịỊuỵêti nhân khái ir U iả iũ u iị : hã'i> I>hn (liện hoá n i a mọt số iiựịĩ chốt nitro dơn đa V IIỊỊ thơm Ò Nguyen Tien Tai, Toshihitle Tsuji 1* ) T h e rm o d y n a m ic P ro p e rtie s ()Ị L iM ii20 su b stitu te d f o r M anganese by lio n Nguyen Việt Son, Nguyen Unit Phil 26 N g hiê n cíũi ỉ ổHỊỊ h ịì \'à dác ỉrư iìíỊ o.xyi ?.inotti li(ín I t ì i i ị ( I \ y h o - í l c h y d i o h t Hi -ịj etanol Nguyễn Vãn Phất1, Nguyên Quốc ỉ)ại, T ổ i i i i liựl> »'(/ m ộ i s ị ( l í h 4') II UIIIỊ i i o i i / V 11(1 / 1/\ p l i i i n III l(HU m o t , í l i i i ị í ' o / \ í 1( J 10 Đô Ngục Cừ, Nguyên Thị Niên 5.1 V é í ỉ ộ i í ị ị h ọ c h ấ p t h u IIIÙII < Ú(I f l i t i i i l i o l l i n h i l ụi i Ị Ị h ụ t u Trần Dinh Toại 5# D ộ n ịị h ọ c q uá n i n h h o i hoá P A P M N í nhựa í/Híi du thi xanh, xúc lái iliiíY p h n p r o t e in d ự t r ữ 12 Trán Văn Nhãn, Khúc Q uang Dạt Vai trồ xũc tiến lúa C i-O dối 62 với Ik u i I liuli > liúữiiỊi ’ < lííi VIII Ich / ‘l ii i n lich.RIi.CeOJAtịOI thịiiỊi t/im plián toiịi ciíuycn hoá llian liứi rcfuniinx InhtỊỊ l i i IIƯỚI- ỉ.ì Trấn Thái Hồ, Lẽ Thị Hồ, Nguyền Vàn Trung í'« Phán {ích hàm lươniỊ iỊlnt O D I bãiiỊi Ị)htf(fn\Ị Ịili(ĨỊ) (Ịita/IỊỊ SD IU ỉ Chu Đình Kính, H Phương Thư 7- Níịhién C C Ú trình 1(10 plnh plaiin vơi hop I'hi’i lit ’ ^ (litin‘1ylpyi(izol \,I IÍÌI ỊU t h i o s e m i i b a z o n b ủ t H Ị p l i i í t / H i ỉ p h / ) p h ò < ọ i i ị ; h ó i i Ị Ị III l u l l til l ,IN Ị I(IIII1 V I phơI lu U diincl)lp) I (/-< / Ớ > V NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG CỦA MUỐI NaCI TRONG HỆ DUNG DỊCH H ỗ N HỢP CHjOH-HjO BẰN(Ỉ PHƯƠNÍÌ PHÁP MƠ PHỎNíì ĐỘNG L ự c PHÂN TỬ S tu d y on th e salt effect o f NaCI onto properties o f liquid solution o f C H jO H and H zO by M olecular D ynam ics M ethod Vũ Hùng Sinh, Nguyễn Hữu Thọ, Đặng ứng Vận, Vũ Ngọc Ban Khoa Hoá học - Trưởng ĐHKHTN - ĐHQG Hà nội Summary Separation by distillation v j mixture is important work hI (he laboratory or in Industry Separation agents may make reaction o f Components different In this „ paper we present (he results obtained by MD Simulation o f solution nfCHfOH and H20 in presence of MD tablesalt In this mixture there are many types of reaction between particles However, the ỉỊydrogenkonding play mos1 important role By RDF calculations and diffusion coejicient MỞĐẤU Tách chất nâng cao nồng độ chất hỗn hợp việc cần thiết quan trọng Irong ho.i học pliạm vi phịng thí nghiệm ngành cơng nghiệp hố chấtịó] Đ ể thực điểu người ta thường dùng phương pháp chiết, chưng cất hấp phụ,I I Q trình chưng cất khơng phải lúc dẻ dàng thực Với dung môi hỗn hợp đạc biệt hệ dung mơi mà tổn lại hỗn hợp đẳng phí cơng việc lại khó khăn Trong thực tế giải pháp dể khắc phục vấn để này, dùng cấu tử thứ 3, thường muối tan (tác nhân tách) Khi thêm vào hệ muối tan, làm thay đổi tương tác cấu tử hệ Từ làm thay dổi khả bay cấu tử, làm dịch chuyển điểm đẳng phí hệ nâng cao hiệu tách chất [ |, gọi hiệu ứng muối[3) cGng từ thực tế cho thấy với hỗn hợp (chất tan dung m ơi) muối tan khác cííng cho hiệu chưng cất khác Xét hộ dutlg m ôi hai cấu tử ảnh hưởng tác nhan tách lên cân bầng lỏng cùa hệ hai cấu tử Gọi X|, yi n độ cấu tử pha lỏng pha hơi; Y(, y2 hệ số hoạt độ cấu tử ! cấu tử Đạt a = P , 0.Yi/P2° y gọi thoát độ tương đối cấu tử so với cấu tử Khi ta có hệ thức liên hệ: - y\ = a x\ 1- y , - Từ biểu thức ta thấy a tỷ lệ với khả tách hai cấu từ 2, ihèm ion muối vào hệ Y„ y2 thay đổi dẫn đến giá trị a thay đổi, nên khả nãng phân tách hai cấu tử thay đổi Gọi tác nhan tách la p thêm tách nhân tách vào hệ Ihì hẹ sô' độ o * xét hàm nhiẹt động ệ = S x j!gyi Ta rút ra: !g — = ^ ip ~ ^ 2r a \-x p Tỷ s ố ctp/a, phụ thuộc hiệu ( ệ |P - ộ 2r) phụ thuộc vào tác nhân tách p Nhưng giá trị hàm nhiệt động ộ chưa đầy đủ tài liệu nên việc tìm tác nhân tách theo ly thuyết gặp nhiểu khó khăn Cơng việc giải băng thực nghiệm, băng cách với mỏi hệ hỏn hợp làm thí nghiộm vởi tác nhAn lác khác tír SC tìm dược tẴc nhân phù http cho niổi lie, nhif vạy cách phải răt nhiểu thời 130 r gian, lốn khó hiểu dỏ chãi vấn để Nén, hiệu dùng phương pháp mổ đông lực phan tử (Simulation of Molecular Dynamics- MD) dê tính tốn dịnh hướng trước Trong báo cáo trình bày kết bước dầu nghiỏn cứu hiệu ứng muối bàng phương pháp mô động lực với hệ hôn hợp H 20 CH 3OH-NaCl II PHƯƠNG PHÁP N G H IÊ N c ứ u Phương pháp mô M D việc giải phương trình Newton vổ chuyên động hại hô cho phép khảo sác cấu trúc tính châì hẹ dung mổi hỗn hợp khơng có có lác nhân tách 11»2,4]: - Các tính chất động học: hẹ sổ tự khuếch tán, hàm tương quan thòi gian ^ Câu trúc vi m ô dung dịch: hàm phân bơ hướng tâm, cấu trúc đám dung mối có chúa ion - Các tính chất nhiệt động: nhiệl độ l iêng phẩn, áp suất, I I Cồng thức tính m ột số đại lượng ỉrong m ô MD Đỏng năng: K = Ilp inl2/n is ; Pi dộng lượng ỉà nghiêm phương trình N ew ton, khối lượng phân tử loại s T h ế tương tái' i'ủa hệ: E = ch K; < > lương lác cúa hệ dược lính m ỗi bước | ỉ Thếtươỉìg (ức cặp: Y=-ZZr.f^ ; fjj lực tương tác phần lử i j Ảp suất: Nhiệt độ: Ị' Z * Z N aKế = _ ^ L ;Kb háng sô iioll/m an n N NKh Phương trình trạng thúi: G (r ) = — — ; N(r,Ar) số hạl khoảng (r, r+A r) n KI ' " N A _ 22 Ar /r r A Sô phối vị c tut m ột ỉiụt: ' Z ( 'i.'-j ) = -Ệ- \ s ( r ) A t r l dr V r ìI , Hệ sơ tự khuy ếch tán D : hàm tự tương quan vân Cốc Tiong dó: N ft: số A vogadro N: sị hạt mơ 131 Phán mềm dược xây đựng bàng ngôn ngũ FROTRAN, dịch chạy bàng diổu hành LINUX hệ thống mạng máy tính song song hiệu cao (gồm có ft CPU Pentium III 1.0 GHz, RAM 128 64 MB ) Trung tâm úng đụng Tin hoc I Ioíl liọc-Khoa hoií -Trirrmg DHKĨITN n ổ tiộn đánh giá so sánh chúng lôi thực hiôn C|iiá trình tính - - Thứ tính hệ H 20 -C H y ố H Thứ hai tính hệ H :0-C H ,0H -N aC I Code chương trình để finh I11Ộ( sỏ đại lượng nhiôt độnfỊ C tin h nhiệt đọ VSQ = 0.0 D O N = N S T O T IT Y P = IT Y P E (N ) lf(L M O V E (IT Y P ))V S Q = VSQ + + (V X (N )‘ *2 + V Y (N )**2 + V Z (N )“ 2)*M A S S _1(N ) E N D D O ! theo N T E M P = 1.5 *V S Q *E N E R F *T E M P F /F R E E C c Hiệu chinh vận tốc theo thừa sô F T M P = S Q R 1(7 R TE M P /T E M P ) D O N - N S T IT Y P = IT Y P E (N ) lf(L M O V E (ITY P ))then V X (N ) = V X (N ) FTM P V V (N ) = V Y (N )‘ FTM P V Z (N ) = V Z (N ) FTM P c Trường hợp phân tửđược cố đinh (fixed L M O V E =.f.) else V X (N ) = ■ V Y (N ) = V Z (N ) = end if E N D D O ! theo N c Tính tốn lại nhiệt độ sail hiêu chỉnh vận tốc V S Q = 0.0 D O N = 1.N S T O T VSQ = VSQ +(VX(N)**2+VY(N)*‘ 2+VZ(N)**2)*MASS_1(N) E N D D O ! theo N _ T E M P = *V S Q ‘ E N E R F *T E M P F /F R E E C Tính l u c IF (L M O V E (IT Y P ))T H E N DE1 = D E R I/D E N /S I AXB = A X B /D E N *C O BXC = B X C /D E N -C O c Cấu tử X DNUM = CX*BT - BX*BC DDEN = (AB-BX - A X‘ BT)*BXC FFI1 DNUM = (D N U M - D DEN) DE1 = ((BX-A X)*BC -A B*CX ) + (2_0‘ A C ‘ B X -C X ‘ BT) D D E N = AXB (B C *C X -B X 'C T )+ (A X ‘ B T-A T ‘ B X-AB ‘ (B X-AX))*BXC FFJ1 DNUM DDEN FPL1 = (DNUM - DDEN) ‘ DE1 = AB*BX - AX*BT = A XB ‘ ( B T ‘ CX -B C ’ BX ) = (DN U M j^D D EN ) ■OE 132 _ _ FFK1 c = -(FFI1+FFJ1+FFL1) Lực: H X (I) H X (J) = H X (I)+FF I1 = HX(J)+FFJ1 H X (K ) = HX(K)+FFK1 H X (L) = H X(L)+FFL1 * Cấu tử Y DNUM DDEN F F I2 = C Y 'B T - B Y'B C = (A B 'B Y - AY*BT)*BXC = (D N U M - D D E N ) * D E I DNUM = ((BY-A Y)*BC -A B*CY )+ (2 *A C ‘ B Y-C Y*B T) D D E N = AXB (B C ‘ C Y -B Y *C T)+(A Y *B T -A T ‘ BY-AB (B Y -A Y ))*B X C FFJ2 = (D N U M - D D E N ) * DE1 DNUM = A B 'B Y - A Y 'B T DDEN = A X B ‘ ( BT CY - B C 4BY FFL2 = (D N U M - D D E N ) * DE1 FFK = -(FF I2+F FJ2+F FL 2) H Y (I) H Y (J) = H Y (I)+ FF I2 = H Y(J)+FFJ2 H Y (K ) = H Y(K )+FFK H Y (L ) * ) = H Y(L)+FFL2 Cấu tử z DNUM ^ C Z ‘ BT - B Z'B C DDEN = (AB*BZ - A 4BT)*BXC F F I3 = (D N U M - D D E N ) * DE1 DNUM = ((B Z -A Z )'B C A B 'C Z )+ (2 *A C 4B Z -C Z ‘ BT) D D E N = AXB (B C *C Z B Z*C T)+(A Z*B T-A T BZ A B ‘ (B Z -A ))‘ BXC F FJ3 = (D N U M - D D E N ) * DE1 DNUM = AB*BZ - A Z'B T DDEN = AXB*( B T*C Z - BC*BZ F FL = (D N U M - D D E N ) * DE1 FFK3 = -(F F I3+ F F J3+ F F L 3) H Z (I) - H Z (I)+ F F I3 H Z (J) - H Z(J)+F F J3 H Z (K ) = H Z(K )+FFK H Z (L ) * ) = H Z (L )+F F L Phẩn góp vào vecto thành phần virial V IR F X = V IR F X -(A X + B X )*F F I1 -B X *F F J + C X *F F L V IR F Y = V lR F Y -(A Y + B Y )‘ F F I2 -B Y *F F J + C Y ‘ FFL2 V IR F Z = V lR F Z -(A Z + B Z )*F F I3 -B Z *F F J + C Z *F F L E N D IF ili K Ế T Q U Á V À T H Á O LUẬN Q trình mơ dưực ihực lioug hai Irường liưp : ■ hệ 120 phân tử H20 + phan tử CH 3OH so sánh với hệ 120 phân tử H20 + phân tử CH3OH + I phân tử NaCl B ản g 1: N ồng độ chất (m ol/ị) Hê H, Cll >011 NaCI -3 5? .0 1 120-3-1 52.5294 1.3132 0.4377 133 B ản g 2: Cấu trúc phAn tử tính lốn tử 11,0 ĐK _O H C H ịOH Không NaCI 1.0212 H-H 62^4 Có NaCI 1.0217 l 6262 0.9779 299 0968 1.57 0.967 1.413 1.066 Thực nghiệm [7] 0.9 Õ-H 0.97 08 4302 o -c HCH COH 0967 108.64 107.01 OCH 109.91 108.75 107.08 110.2' C-H 105.00 I3áng cho thay kẽt quà tính tốn cấu Irúc phan lir C ÍI C cấu tử hệ có NaCI Ù ĨÍC kliong cố NaCI In giốnp nti;in rrtì phù lirtp vóri Iliuc nghiOm ! rong hệ dung mỏi (JlljOII + HiO, lỏn rtliiổn lining tác khác eiia C C M nguyên tỉr cíUi tìr hẹ nlnmg liên kết Hydro ỉà mạnh nên ta d iỉ quan tâm đên liên kêt Giá trị hàm RDF tính cho cặp tương tác -Hm c;On j rỏc- fợ ^tm ” ^rurai' ^roợii ■^niírtc ;On,f(V (A r^ -I!nfm ;Om On 11 Kết cùa hàm số RDF -R; ức dược biểu diên trcn hình : 18 1G CẠp O r-ĩ fu 1Ạ \? L f L p ữR il 06 04 02 T n n h hổ Ag c -10 10 15 20 25 n 30 35 40 ' 4ị5 -20 — • — kM np NaCI - C N;ií I M f-3 E 5* IU - -50 -60 H ình ì : Đ thị RDF-R số cãp (a,b,c) hệ (d) Tờ kết thu dirợc việc tính tốn hàm RDF (bảng hình 1), ta nhân tháy thêm m uối vào khoảng cách phối tử lãng lên, số phối trí quanh ngu yên tử giảm hai, điều chứng tỏ thêm m uối vào hơ làm tãng khả phAn lách cáu lỉr, riêng với phối lỉr rượu, them muối vào xiìv hiôn lượng làm Iflng m;)t (!Õ Hệ " Hps) I>(t IU / n) 120-3 120-3-1 ('I I ,OH lJ(cm :A) 2,069 10"' ,0 2,752 10 s u 035593 3.IW Ì S 0,02326 3*04 I 10 s 0,02211 ; ' Hệ số tự khuếch tán D dạc liơng clio kh;i nAii^ di chuyên cua hạt irong hệ 111 lũ kci đạt dược ta nhận thay lliẽin imiối v a u hỗn liọp tiu kha nàng di cluiyen C II.I CHjOH láng iẽn cịn khíi nang tli chuyên cua HịO giảm di, VI Ihc nâng phan Lích cúa hổn hợp tăng lẽn iliẽm muói liánỊỊ 5: rinh chai nliièi ilony cua lie Kliỏng cò ( V) I i m õ i m iiO ấ EPuiter : EPuitra : E hydro ! o1 ♦/ 47.3035 k]Ịm 6.7430 k3/moi / 0.0000 kJ/mo / 16d3 l-l'niter 0760 tlilil 1d 0.O O hytii ' O0 ’ o1 IỈ b2 i 240 kJ/m C291 k i/mol 135 11 ♦ / i I i • r ' z iti »•-1* Í00 t / i0 1/ ' - 11 J Te.np {J i* l lllj) il'i Ì , • / i l i J; r ♦/ 314 ’ ‘ / K ♦/ >Jj •* ' II l u l l A f-: » < Ifi|* I' Ill) u Ư b st ■/ * / l ' ãM1 1ằ / ô / i/62/ y/ivn**3 ♦/ r HV A t; V •/ It ti6 7» A 1i ùc r A •/ Ji IlK t t:*! - ã* 1il ô II I I I i ^ u/ J/ b •/ '/ ua' J AiM I.i>1 AIH 1 0.ưu Ỉ7 liLNSITY ! o.:< lit •:< ) )6 V 0.0^06 bU L 0.(1 06 H>/.! ô/ / ã/ ,/ 317 78 /tì K ♦/ 31 61 24 K ♦/ t e m p ' I w n T i Roi.t emp JI IS VA I I I ' */ «/ 'I’M 1^.4241 A IM b47 7yy6 A 14.0419 PhES(A K StM 16 7371 F K (X : ) PliK ) S(Y ■ /.) w- H M JJ ^V » / K •/ K < K K / < / Ư - v■ ■ U(.‘Í.•(■ ' , 1M 1 ■w» ^ 1 -s i Í Banff ft: Nhiệl độ riêng phần và-.íp suấl UC 120-3 120-3-1 Nhic-I (1ft H ,0 29P, m / 03 Ảp ?IIat Irunc bình (A T M ) CHjOH j 2R4 _Nr J 74 PT -366.9 Dang j v a o cho Ihây thêm NaCI vào dã làm thay đổi tính chất nhiệt đỏng cua hệ: áp suất phân tử giảm, nhiệt độ rieng phần cúa nước tang cùa CH,OH giảm nên kha phân tách cùa rựợu khỏi hỗn hợp dễ Hơn chưng cất Hỗn hợp HjOC H ,O R k h i kh ô n g có N n C I cliéu hoàn toàn pliù hợp vcti thuc n g h iệ m |3 | IV K íìl LUẬN Từ kết bước đầu tính cho căp hệ CH,OH-HjO (120-3) CH,OHH 20 -N a C l (1 -3 -1 ) rút sỏ' kết luận 1- Phần m ềm tính cho cấu tạo lừng phán từ pliìi hợp với thực nghiệm (bàng I) 2- Khi Irong hộ có tliổm chííl cliơn ly kliAng làm thay (lổi ( All Irúc plirtn lừ cìia cAu tử hệ 3- 'Hin ngtin nhan (yếu tổ') ảnh hướng t úa chai diCn ly (NiiCI) klià nang phan rách cấu tủ hẹ 11,0- c n o n nlur: I lộ sơ' tự kliuyếch tán, hàm RDF, số phố trí, nhiệt (lộ riêng phần, áp suAl, 4- Đổ xuất: Hướng nghiên cứu có tlìể cho ta tiếp tục nghiên cứu cấu trúc lớp solvnl hố hydr hố, xác định thông số đạc trirng biểu diễn quy luâl ảnh hưởng chất điện ly dên cân lòng Phân tích ilự b;'to địnli hướng úng tlụng cấu tử thứ vào lìrng hệ dung mơi hỗn hợp Kêì ngliiên cứu đirợc cổng bỏ' g trình liếp llieo Cơng trình ổifọ’ sư hỗ tì ợ ( ủn (hương trình khoa học c hờn, ( (h tác Ịịià xiìi < chờn thành ( ảm ơn ỉ V TÀ I LIỆU T H A M K H Ả O 11] Đ ặn g ứ n g VẠn, K ỹ th iK Ĩt in â Ịỉh ỏ iìỊi vật ì i ậ i h d ỉìỊỊ Ịih iíịỊ p h p d ộ n g lực p h n tử, Hà nội 2001 [21- Đăng ủ n g VẠn, Tin học thìỊỊ fhntfỉ troiiỊ’ hon họ