Поверхность потенциальной энергии основного триплетного состояния молекулы триоксида урана UO3

  • Дарья Николаевна Меняйлова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Максим Борисович Шундалов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; НИУ «Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» БГУ, ул. Курчатова, 7, 220108, г. Минск, Беларусь

Аннотация

На основе квантово-химических ab initio расчетов в многоконфигурационном приближении полного активного пространства самосогласованного поля (complete active space self-consistent field) CASSCF(6,8) построены поверхности потенциальной энергии основного и первого возбужденного состояний молекулы триоксида урана UO3. Установлена плоская равновесная геометрическая конфигурация, промежуточная между T- и Y-формой и имеющая симметрию С2v. Выявлено наличие трех эквивалентных устойчивых конфигураций, разделенных невысокими (40 см–1) потенциальными барьерами. Показано, что на рассматриваемом уровне теории вблизи минимумов поверхности потенциальной энергии, имеющей нетривиальную топологию, основным состоянием молекулы UO3 является триплетное. Триплетное состояние указывает на ненасыщенный характер химических связей молекулы и ее возможные парамагнитные свойства, что, в свою очередь, открывает перспективы для исследования таких молекул при помощи магнитооптических ловушек как альтернативы низкотемпературным матрицам инертных газов, взаимодействующих с изолированными в них молекулами.

Биографии авторов

Дарья Николаевна Меняйлова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

аспирантка кафедры физической оптики физического факультета. Научный руководитель – М. Б. Шундалов

Максим Борисович Шундалов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; НИУ «Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» БГУ, ул. Курчатова, 7, 220108, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры физической оптики физического факультета БГУ; старший научный сотрудник лаборатории физикохимии полимерных материалов и природных органических соединений Института прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко

Литература

  1. Gabelnick S. D., Reedy G. T., Chasanov M. G. The infrared spectrum of matrix-isolated uranium oxide vapor species. Chem. Phys. Lett. 1973. Vol. 19, issue 1. P. 90–93. DOI: 10.1016/0009-2614(73)87070-8.
  2. Gabelnick S. D., Reedy G. T., Chasanov M. G. Infrared spectra of matrix-isolated uranium oxide species. I. The stretching region. J. Chem. Phys. 1973. Vol. 58, issue 10. P. 4468–4475. DOI: 10.1063/1.1679009.
  3. Gabelnick S. D., Reedy G. T., Chasanov M. G. Infrared spectra of matrix-isolated uranium oxide species. II. Spectral interpretation and structure of UO3. J. Chem. Phys. 1973. Vol. 59, issue 12. P. 6397–6404. DOI: 10.1063/1.1680018.
  4. Green D. W., Reedy G. T., Gabelnick S. D. Infrared spectra of matrix-isolated uranium oxide species. III. Lowfrequency modes. J. Chem. Phys. 1980. Vol. 73, issue 9. P. 4207–4216. DOI: 10.1063/1.440704.
  5. Hunt R. D., Andrews L. Reactions of pulsed-laser evaporated uranium atoms with molecular oxygen: Infrared spectra of UO, UO2, UO3, UO2 +, UO22+, and UO3 — O2 in solid argon. J. Chem. Phys. 1993. Vol. 98, issue 5. P. 3690–3686. DOI: 10.1063/1.464045.
  6. Zhou M., Andrews L. Infrared spectra of UO2, UO2 +, and UO2 – in solid neon. J. Phys. Chem. A. 2000. Vol. 104, issue 23. P. 5495–5502. DOI: 10.1021/jp000292q.
  7. Pyykkö P., Li J., Runeberg N. Quasirelativistic pseudopotential study of species isoelectronic to uranyl and the equatorial coordination of uranyl. J. Phys. Chem. 1994. Vol. 98, issue 18. P. 4809–4813. DOI: 10.1021/j100069a007.
  8. Privalov T., Schimmelpfennig B., Wahlgren U., et al. Structure and thermodynamics of uranium(VI) complexes in the gas phase: a comparison of experimental and ab initio data. J. Phys. Chem. A. 2002. Vol. 106, issue 46. P. 11277–11282. DOI: 10.1021/jp0260402.
  9. Zaitsevskii A. V. Molecular anions of uranium fluorides and oxides: first principle based relativistic calculations. Radiochemistry. 2013. Vol. 55, issue 4. P. 353–356. DOI: 10.1134/S1066362213040012.
  10. Shundalau M. B., Zajogin A. P., Komiak A. I., et al. A DFT modeling of the uranium trioxide vibration spectra characteristics. J. Spectrosc. Dyn. 2012. Vol. 2. P. 19–24.
  11. Shundalau M. B., Umreiko D. S. Quantum chemical analysis of uranium trioxide conformes. J. Appl. Spectrosc. 2014. Vol. 80, issue 6. P. 807–812. DOI: 10.1007/s10812-014-9848-2.
  12. Jensen F. Introduction to Computational Chemistry. Chichester, 2007.
  13. Kovács A. Relativistic multireference quantum chemical study of the electronic structure of actinide trioxide molecules. J. Phys. Chem. A. 2017. Vol. 121, issue 12. P. 2523–2530. DOI: 10.1021/acs.jpca.7b01344.
  14. Schmidt M. W., Baldridge K. K., Boatz J. A., et al. General atomic and molecular electronic structure system. J. Comput. Chem. 1993. Vol. 14, No. 11. P. 1347–1363. DOI: 10.1002/jcc.540141112.
  15. Moritz A., Cao X., Dolg M. Quasirelativistic energy-consistent 5f-in-core pseudopotentials for divalent and tetravalent actinide elements. Theor. Chem. Acc. 2007. Vol. 118, issue 5. P. 845–854. DOI: 10.1007/s00214-007-0330-6.
  16. Schuchardt K. L., Didier B. T., Elsethagen T., et al. Basis set exchange: A community database for computational sciences. J. Chem. Inf. Model. 2007. Vol. 47, No. 3. P. 1045–1052. DOI: 10.1021/ci600510j.
  17. Bode B. M., Gordon M. S. MacMolPlt: a graphical user interface for GAMESS. J. Mol. Graph. Model. 1998. Vol. 16, No. 3. P. 133–138. DOI: 10.1016/S1093-3263(99)00002-9.
Опубликован
2017-09-29
Ключевые слова: UO3 (триоксид урана), поверхность потенциальной энергии, CASSCF
Как цитировать
Меняйлова, Д. Н., & Шундалов, М. Б. (2017). Поверхность потенциальной энергии основного триплетного состояния молекулы триоксида урана UO3. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 20-25. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/452
Выпуск
№ 3 (2017): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2017 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).