О СВЯЗИ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ НАФТЕНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ РЯДА ЦИКЛОПЕНТАНА С КВАНТОВЫМИ И СТРУКТУРНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Аннотация
Рассмотрена взаимосвязь параметров вязкого течения ньютоновской жидкости моноциклических углеводородов с квантовыми и структурными (топологическими) характеристиками молекул. В качестве квантовых и топологических характеристик рассмотрены потенциалы ионизации и топологические индексы, соответственно. Вертикальные потенциалы ионизации рассчитывали по теореме Купманса квантово-химическими методами с полной оптимизацией геометрии молекул. В качестве топологических индексов, учитывающих размеры и форму графа, были исследованы индекс Винера, центрический индекс Балабана, индексы Рандича (индекс молекулярной связности), Гутмана (Сцегеда), Платта и Харари. Для углеводородов ряда циклопентана с боковыми цепями установлен кинетический компенсационный эффект динамической вязкости, который связывает энергию активации и предэкспоненту Аррениуса в рамках модели Френкеля-Эйринга. Установлено, что для соединений рядов пятичленных нафтенов кажущаяся энергия активации вязкого течения и связанная с ней предэкспонента Аррениуса зависят от квантовых параметров (потенциалов ионизации) и топологии молекул. В работе предложена регрессионная модель QSPR «структура-свойство», использующая в качестве дескрипторов для прогноза динамической вязкости потенциалы ионизации и топологические индексы. Для проверки прогностических возможностей предложенной модели и адекватности прогноза рассчитана динамическая вязкость углеводородов, не входящих в базовый ряд. Дано экспериментальное и теоретическое обоснование предложенной закономерности в рамках представления об энергии активации вязкого течения как меры межмолекулярного взаимодействия и преобладания дисперсионного взаимодействия в молекулах углеводородов ряда циклопентана. Полученное в ходе исследования уравнение может быть использовано для прогнозирования вязкостных характеристик синтезированных и природных пятичленных нафтенов.
Литература
Kovaleva E., Dolomatov M., Latypov К., Koledin O., Paymurzina N. Possibility of predicting activation energy for viscous flow in fivemembered naphthenes by means of structural descriptors. Am. J. Phys. Chem. 2019. V. 8. N 1. P. 26-31. DOI: 10.11648/j.ajpc.20190801.14.
Dezortsev S.V., Dolomatov M.Yu. The connection of macroscopic and quantum properties of substances by example of nalkanes. J. Mater. Sci. Eng. A. 2012. V. 2. N 11. P. 753-760.
Dolomatov M.Yu., Kovaleva E.A., Khamidullina D.A. Relationship between the macroscopic and quantum characteristics of dynamic viscosity for hydrocarbons upon the compensation effect. Russ. J. Phys. Chem. A. 2018. V. 92. N 5. P. 943-947. DOI: 10.1134/S0036024418050084.
Martynov G.A. Classical statistical mechanics. The theory of liquids. Dolgoprudnyi: Intellekt. 2011. 328 p. (in Russian).
Poling B.E., Prausnitz J.M., O’Connell J.P. The Properties of Gases and Liquids. New York: McGraw-Hill. 2001. 768 p. DOI: 10.1134/S0036024406110239.
Stiller W. Arrhenius Equation and Non-Equlibrium Kinetics. M.: Mir. 2000. 179 p. (in Russian).
White F.M. Viscous Fluid Flow. New York: McGraw-Hill Higher Education. 2006. 629 p.
Kaplan I.G. Intermolecular Interactions. Physical Interpretation, Computer Calculations, and Model Potentials. M.: Binom. Laboratoriya znaniy. 2017. 394 p. (in Russian).
Diudea M.V., Gutman I., Jäntschi L. Molecular Topology. New York: NOVA. 2002. 335 p.
Balaban A.T., Devillers J. Topological indices and related descriptors in QSAR and QSPAR. Boca Raton: CRC Press. 2000. 811 p.
Harari F. Graph theory. M.: Editorial URSS. 2003. 296 p. (in Russian).
Chemical Applications of Topology and Graph Theory. Ed. by R. King. M.: Mir. 1987. 560 p. (in Russian).
Dolomatov M.Yu., Pavlov T.I., Aubekerov T.M. Data-base for physic-chemical properties of organic compounds: 201862459 // 2017. (in Russian).
Viswanath D.S., Ghosh T.K., Prasad D.H.L., Dutt N.V.K., Rani K.Y. Viscosity of liquids: theory, estimation, experiment and data. Dordrecht, The Netherlands: Springer Science & Business Media. 2007. 662 p.
NIST Chemistry WebBook. http://webbook.nist.gov/chemistry/ DOI: 10.18434/T4D303.
Shakhparonov M.I., Sperkach V.S. Theory of viscosity of liquids. II. Kinetic compensation effect in n-alkanes. Zhun. Fiz. Khim. 1980. V. 54. N 2. P. 312-315 (in Russian).
Budanov V.V. Compensatory effect in the kinetics of chemical reactions and determination of the possibility of its existence. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2009. V. 52. N 8. P. 23-27 (in Russian).
Butyrskaya E.V. Computer chemistry: theory basis and work with Gaussian and Gauss View programms. M.: SOLON-PRESS. 2011. 224 p. (in Russian).
Gurvich L.V., Karachevtsev G.V., Kondrat'ev V.N., Lebedev Yu.A., Medvedev V.A., Potapov V.K., Khodeev Yu.S. Energies of Chemical Bonds. Ionization Potentials and Electron Affinity. M.: Nauka. 1974. 351 p. (in Russian).
Stepanov N.F. Quantum mechanics and quantum chemis-try. M.: Mir. 2001. 519 p. (in Russian).
