Lời mở đầu 1
Phần một: Tổng quan 2
Chương 1: Ăn mòn và bảo vệ ăn mòn kim loại 2
I. Ăn mòn kim loại 2
1.1. Định nghĩa 2
1.2. Phân loại 2
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ăn mòn kim loại 2
II. Bảo vệ kim loại - các biện pháp chống ăn mòn điện hoá 3
II.1. Nguyên tắc 3
II.2. Các phương pháp chống ăn mòn điện hoá 4
II.2.1. Dùng chất ức chế 4
II.2.2. Bảo vệ điện hoá 5
II.2.3. Bao phủ bảo vệ 5
Chương 2: Cơ sở lý thuyết các phương pháp hoá học lượng tử 6
I. Cơ sở của phương pháp MO 6
II. Cơ sở của các phương pháp lý thuyết cho hệ nhiều electron 6
II.1. Phương pháp trường tự hợp của Hartree - Fock 6
II.2. Phương pháp Roothaan 7
III. Giới thiệu các phương pháp tính gần đúng 7
III.1. Phương pháp Ab-initio hay phương pháp không kinh nghiệm 8
III.2. Các phương pháp bán kinh nghiệm 8
III.3. Hiệu quả sử dụng các phương pháp gần đúng 12
IV. Vài nét về các phần mềm hoá học hiện đại 12
IV.1. Hyperchem 12
IV.2. Chem3D 13
IV.3. MOPAC 13
Phần hai: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 14
I. Đối tượng nghiên cứu 14
II. Phương pháp nghiên cứu 14
II.1. Đo tốc độ ăn mòn 14
II.2. Tính toán theo cơ học lượng tử 16
Phần ba: Kết quả và thảo luận 17
I. Kết quả đo ức chế ăn mòn theo phương pháp điện hoá 17
II. Quan hệ giữa khả năng ức chế ăn mòn và giá trị năng lượng 20
III. Quan hệ giữa mật độ điện tích, số lượng trung tâm hút bám và khả năng ức chế ăn mòn 26
Phần bốn: Kết luận 48
Tài liệu tham khảo 49
59 trang |
Chia sẻ: huong.duong | Lượt xem: 1426 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của một số hợp chất hữu cơ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n kết thì tương tác đẩy trong PM3 ít hơn trong AM1. PM3 được sử dụng chủ yếu cho các phân tử hữu cơ, nhưng ngoài ra nó cũng tham số hoá được cho nhiều nguyên tố nhóm chính và một vài kim loại chuyển tiếp.
III.2.10. ZINDO/1.
Phương pháp ZINDO/1 là phương pháp thích hợp nhất trong Hyperchem đối với việc khảo sát cấu trúc và năng lượng của các phân tử nhất hoặc thứ hai của dãy kim loại chuyển tiếp.
Khả năng biểu diễn các tính toán MO trên kim loại là cực kì hữu ích bởi vì các phương pháp cơ học phân tử nhìn chung là không có khả năng xử lý các kim loại. Điều này do các kim loại có một phạm vi hoá trị, trạng thái oxi hoá, độ bội spin tương đối rộng, và có những trạng thái liên kết bất thường (vi dụ như liên kết dp-pp). Ngoài ra, bản chất của liên kết kim loại ít tuân theo sự giải thích bởi mô hình một quả cầu và lò xo.
Ngược lại, những yếu tố này điều khiển quá trình tính toán MO trên các kim loại mà kết quả tạo ra kém tin cậy hơn các hợp chất hữu cơ.
III.2.11. ZINDO/S.
ZINDO/S được tham số hoá để tạo lại sự chuyển đổi quang phổ, vì vậy chúng ta không sử dụng phương pháp này để tối ưu hình học. Bạn có thể đạt được sự tính toán tốt hơn khi tính toán điểm đơn (Single point) với ZINDO/S trên một cấu trúc hình học đã nhận được từ Model Build hay một sự tối ưu sử dụng một phương pháp khác của Hyperchems, hoặc một phương pháp nào đó.
Đối với phức kim loại chuyển tiếp với một vài sự xắp xếp spin có thể, một sự tính toán phân tách trong đó mỗi độ bội spin có thể đòi hỏi trạng thái cơ bản của phức.
Khi tính phổ UV-VIS bạn nên tính toán đơn CI. Tính toán RHF hoặc UHF là đủ để tạo lại thứ tự riêng của các MO trong các phức tốt nhất.
III.3. Hiệu quả sử dụng của các phương pháp tính gần đúng.
Mỗi phương pháp áp dụng hiệu quả trên một số đối tượng và cho kết quả tốt về một số tính chất lượng tử. Việc lựa chọn phương pháp tối ưu để khảo sát đối tượng căn cứ vào các yếu tố sau :
+ Mức độ chính xác : Các phương pháp có thể cho các kết quả khác nhau về một số tính chất nào đó của phân tử. Phương pháp có độ tin cậy cao hơn khi nó cho kết quả phù hợp với thực nghiệm hơn. Ví dụ phương pháp AM1 và PM3 chính xác hơn CNDO.
+ Đối tượng cần tính toán: Phương pháp MINDO/3 áp dụng cho phân tử hữu cơ lớn, cation, hợp chất hữu cơ chứa nhiều nhóm nitrô; MNDO thích hợp với các phân tử hữu cơ có các nguyên tố của 1 và 2 của bảng hệ thống tuần hoàn, không tương tác hydrogen liên phân tử, AM1, và PM3 thích hợp với những phân tử hữu cơ có các nguyên tố của chu kì I , II (trừ kim loại chuyển tiếp với AM1), ZINDO/1, PM3 là phương pháp thích hợp nhất đối với việc xác định cấu trúc và năng lượng của phân tử của các kim loại chuyển tiếp (riêng PM3 chỉ thích hợp với một vài kim loại chuyển tiếp như Fe, Cu, Co,...)
+Thời gian tính toán: Phương pháp Ab-initio chính xác hơn phương pháp bán kinh nghiệm song nó không áp dụng đối với phân tử lớn và vừa, vả lại đòi hỏi nhiều bộ nhớ và thời gian sử dụng CPU hơn nhiều.
VI.Vài nét về các phần mềm hoá học hịên đại.
VI.1. Hyperchem.
Hyperchem là phần mềm đa chức năng với giao diện sinh động, kết hợp chặt chẽ giữa các phương pháp bán kinh nghiệm , AB-INTINO, molercular mechanic, có thể tính được tần số dao động, trạng thái chuyển tiếp, trạng thái kích thích , động lực học phân tử, và mô phỏng Monte Carlo.
Các trường lực bao gồm MM+; OPLS; BIO+; và AMBER. Các thông số được tự động điều chỉnh. Các phương pháp bán kinh nghiệm bao gồm CNDO, INDO, MINDO/3, AM1, ZINDO/S, ZINDO/d.
VI.2 .Chem3D
Chem3D là chương trình hoá học lượng tử mô phỏng có thể chạy trên môi trường Windows 98 hoặc Window 2000. Dữ liệu đầu vào được lấy bằng phép đồ hoạ (Tương tự Hyperchem) thông qua chương trình Chem Draw. Trong quá trình tính toán chương trình tiến hành đồng thời cả tối ưu hoá cấu hình để xác định cấu dạng bền nhất tương ứng với lệnh của người sử dụng. Mô tả phân tử dưới dạng hình vẽ lập thể động và đưa ra các kết quả các thông số lượng tử của phân tử .
VI.3. MOPAC.
Mopac 6.0 có hệ thống gồm 73 từ khoá để người sử dụng lựa chọn tuỳ theo mục đích nghiên cứu với phân tử khảo sát . Dữ liệu đầu vào được lấy dưới dạng một khối văn bản, gồm từ khoá , tên của hệ khảo sát , các thông số về cấu trúc dưới dạng hệ toạ độ nội của phân tử . Ngoài ra dữ liệu dầu vào có thể lấy trực tiếp từ chương trình Chem3D.
Kết quả được đưa ra dưới dạng ma trận hoặc các bảng về cấu trúc phân tử như độ dài liên kết Ao, góc liên kết , góc vặn , toạ độ nguyên tử theo toạ độ Descarts và các tính chất phân tử như mật độ electron , điện tích hiệu dụng ...
phần hai: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
I. Đối tượng nghiên cứu.
Năm dãy hợp chất hữu cơ với các nhóm thế khác nhau và tại các vị trí khác nhau:
+ Dãy 1,2,4-triazol ( T) : 6 phân tử.
+ Dãy piridin ( P) : 9 phân tử.
+ Dãy Hidrazol ( H) : 6 phân tử.
+ Dãy Quinolin ( Q) : 9 phân tử
+ Dãy Oxađiazol (A ) : 6 phân tử.
Và dãy phức chất Fe(py)22+Cl2 ( được hình thành trên bề mặt kim loại Fe khi các phân tử chất ức chế ăn mòn hấp phụ trên bề mặt đó).
Việc nghiên cứu thực nghiệm về khả năng ức chế ăn mòn được tiến hành cho dãy 1,2,4- triazol và dãy Oxađiazol.
Xác định các thông số lượng tử được tiến hành cho cả 6 dãy chất trên.
II. Phương pháp nghiên cứu .
II.1. Đo tốc độ ăn mòn (Phương pháp điện hoá).
* Cơ sở:
Trạng thái tự nhiên của hệ ăn mòn là không có dòng điện do các qúa trình điện cực cân bằng với nhau ( về giá trị đại số nhưng trái dấu nhau ). Đo ăn mòn điện hoá tức là đo dòng điện icorr và thế điện cực Ecorr của hệ, tức là đo đường cong phân cực bằng cách phân cực hệ ra khỏi trạng thái cân bằng của nó rồi ngoại suy về trạng thái không có dòng điện. ở đây sử dụng phương pháp đo điện thế ổn định ( điện thế dừng), xây dựng đường cong phân cực, từ đường cong phân cực tính tốc độ ăn mòn.
* Cách tính: Tính tốc độ ăn mòn từ đường cong phân cực theo hai cách:
+ Phương pháp ngoại suy Tafel:
Bước 1: Đo thế nghỉ ( Xác định Ecorr).
Bước 2: Phân cực anot, catot, xây dựng đường cong E-lgi.
Bước 3: Ngoại suy một phần đường cong tìm icorr, Ecorr
Chú ý: Đồ thị xây dựng được bằng ngoại suy trên đoạn thẳng nhất của đường cong trên một miền điện thế đủ dài ( 50- 100 mV), Epc-Ecorr 20 mV, thế rơi và phân cực nồng độ được hiệu chỉnh đến nhỏ nhất.
Ngoại suy miền catot cho đồ thị Ucatot = ac + bc* logi
Ngoại suy miền anot cho đồ thị Ua = ac + ba * logi
Hai đường giao nhau tại điểm có tạo độ ( icorr, Ecorr).
+ Phương pháp điện trở phân cực:
Xác định điện trở phân cực Rp của hệ ăn mòn, tức là độ dốc đường cong phân cực tại thế ổn định.
Bước 1: Đo thế nghỉ ( Xác định Ecorr).
Bước 2: Phân cực anot, catot, xây dựng đường cong E-i.
Bước 3: Ngoại suy một phần đường cong tìm icorr, Ecorr.
* cách tiến hành:
Xử lí các điện cực sạch, lắp đặt hệ thống máy, vào chương trình Potentiadynamic. Vào lệnh Adj.zero đợi máy điều chỉnh về điểm không. Vào lệnh Autochecking Ur, máy đo thế nghỉ và cho kết quả hiện trên máy. Đặt các thông số khác.
Theo dõi liên tục máy đo, sau 5' ghi lại giá trị thế nghỉ đến khi thấy giá trị thế nghỉ ổn định( 30') , tiến hành phân cực anot, catot, xây dựng đồ thị E-i và E- lgi, tiến hành ngoại suy, tính mật độ dòng ăn mòn và điện trở phân cực. Tính toán theo công thức (1) và (2).
II.2. Tính toán theo cơ học lượng tử.
Tính theo quy trình chung cho các phân tử .
1. Nhập dữ liệu đầu vào bằng cách vẽ sơ lược khung phân tử bằng Chem Draw.
2. Xác định cấu dạng, các thông số lượng tử của phân tử, các tính chất của phân tử bằng phương pháp tối ưu hoá (Chem3D).
3. Chạy Hyperchem để xác định mật độ điện tích trên các nguyên tử, momen lưỡng cực, thể tích nhóm thế, năng lượng tổng, năng lượng liên kết, nhiệt hình thành...
4. Chạy MoPac, lấy kết quả và so sánh các giá trị thu được từ các phương pháp trên.
5. Xử lí số liệu , vẽ đồ thị, tiến hành hồi quy tuyến tính trên Microsoft Excel.
phần ba: Kết quả và thảo luận.
I. Kết quả đo ức chế ăn mòn theo phương pháp điện hoá.
Bảng 1: Kết quả đo ức chế ăn mòn cho hợp chất 1,2,4- triazol theo phương pháp điện hoá.
Phương pháp ngoại suy Taffel
Đo điện trở phân cực
Chất
Kí hiệu
Thế nghỉ Ur
icorr.102
Z%bv
10-3.Rp
Z%bv
HCl
-0.43
3.34
4.87
T1
-0.38
1.25
62.57
14.2
65.70
T2
-0.42
0.74
77.84
21.6
77.45
T3
-0.42
0.36
89.07
72.3
93.26
T4
-0.38
0.39
88.32
53.6
90.91
T5
-0.37
0.41
87.72
38.0
87.18
T6
-0.39
0.95
71.56
18.7
73.96
Bảng 2: Kết quả đo ức chế ăn mòn cho hợp chất theo phương pháp điện hoá.
Phương pháp ngoại suy Taffel
Đo điện trở phân cực
Chất
Kí hiệu
Thế nghỉ Ur
icorr.10
Z% bv
0,1.Rp
Z%bv
HCl
-0.95
7.404
3.984
A1
-0.92
4.408
40.47
7.053
43.52
A2
-0.91
4.050
45.30
7.762
48.67
A3
-0.92
4.000
45.98
7.835
49.15
A4
-0.92
2.197
70.33
14.05
71.66
A5
-0.93
2.485
66.44
10.20
60.95
A6
-0.91
6.620
10.59
4.510
11.67
Từ kết quả ở hai bảng 1 và 2 ta thấy:
+ Tất cả các chất thuộc hai dãy trên đều có khả năng ức chế ăn mòn với hiệu quả bảo vệ khá cao ( mặc dù hàm lượng chất ức chế rất nhỏ: 0.3 gam trong 1lit dung dịch HCl 1N ).
+ Hiệu suất bảo vệ thu được theo hai phương pháp trên tương đồng nhau, chứng tỏ kết quả thu được là hoàn toàn đủ độ tin cậy.
Và vì vậy có thể sử dụng các kết quả đo trên để làm cơ sở cho các bước tính toán tiếp theo.
II. Quan hệ giữa khả năng ức chế ăn mòn và giá trị năng lượng Delta.
Bảng 3: Các thông số của dãy Hidrazol.
Y
Kí hiệu
EHOMO( eV)
ELUMO( eV)
DELTA ( eV)
Z% bv
NH2
H1
-9.004157
-0.375358
-8.628799
69
CH3
H2
-8.93045
-0.312675
-8.617775
70
OH
H3
-9.007043
-0.499072
-8.507971
66
Cl
H4
-9.061312
-0.640198
-8.421114
63
Br
H5
-9.066148
-0.677912
-8.388236
59
NO2
H6
-9.187815
-1.467859
-7.719956
56
Đồ thị 1: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Hidrazol.
Bảng 4: Các thông số của dãy Quinolin
Nhóm thế
Kí hiệu
EHOMO (eV)
ELUMO (eV)
DELTA (eV)
Zbv (%)
H
Q1
-9.181257
-0.466682
-8.714575
59
2-CH3
Q2
-9.086826
-0.413607
-8.673219
86
3-NH2
Q3
-9.081061
-0.442296
-8.638765
94
3-Cl
Q4
-9.297091
-0.704629
-8.592462
98
3-Br
Q5
-9.344075
-0.757449
-8.586626
98
6-Cl
Q6
-9.277637
-0.702699
-8.574938
82
8-CH3
Q7
-8.934209
-0.453547
-8.480662
82
8-OCH3
Q8
-9.016154
-0.564053
-8.452101
86
8-OH
Q9
-8.761261
-0.454435
-8.306826
82
Đồ thị 2: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Quinolin.
Bảng 5: Các thông số lượng tử của dãy Triazol
Hợp chất
EHOMO(eV)
ELUMO (eV)
DELTA (eV)
Zbv (%)
T1
-8.72325
0.53817
-9.26142
65.704
T2
-8.87000
-0.23915
-8.63083
77.454
T3
-8.79600
-1.74
-7.056
93.264
T4
-7.79275
0.08166
-8.00921
90.914
T5
-9.0682
-1.60541
-7.4628
87.184
T6
-8.7456
-1.34685
-7.3988
73.957
Đồ thị 3: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Triazol.
Bảng 6: Các thông số lượng tử của dãy Piridin
Nhóm thế
Kí Hiệu
EHOMO (eV)
ELUMO (eV)
DELTA (eV)
Zbv (%)
H
P1
-9.93202
0.138345
-10.070365
13
2-CH3
P2
-9.6272
0.149925
-9.777125
19
3-CH3
P3
-9.63772
0.133412
-9.771132
14
2-Cl
P4
-9.879054
-0.22961
-9.649444
28
2,4,6-(CH3)3
P5
-9.357102
0.237259
-9.594361
38
3-Br
P6
-9.87489
-0.322184
-9.552706
86
3-CHO
P7
-10.315195
-0.780877
-9.534318
77
2-OCH3
P8
-9.28786
0.198624
-9.486484
73
3-OH
P9
-9.405603
0.074433
-9.480036
21
Đồ thị 4: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Piridin.
Bảng 7: Các thông số lượng tử của dãy Oxađiazol
Hợp chất
EHOMO(eV)
ELUMO (eV)
DELTA (eV)
Zbv (%)
A1
-8.8449
-0.3778
-8.4671
40.47
A2
-8.5718
-0.4898
-8.0820
45.30
A3
-9.0164
-0.9788
-8.0376
45.98
A4
-8.0465
-0.2713
-7.7752
70.33
A5
-8.7914
-1.0819
-7.7095
66.44
A6
-8.2985
-0.7820
-7.5165
10.59
Đồ thị 5: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Oxađiazol.
Từ kết quả đưa ra trong các bảng trên ta thấy:
- Khả năng ức chế ăn mòn của cả năm dãy chất được khảo sát đều có quan hệ chặt chẽ với giá trị năng lượng ( = EHOMO - ELUMO HOMO: Highest occupied molecular orbital; LUMO: Lowest unoccuoied molecular orbital). Khi tăng, Zbv tăng. Nhưng đến một giá trị giới hạn max , thì khi tăng, E lại giảm.
+ Với dãy Quinolin: max = -8.59 eV
+ Với dãy Hidrazol: max = -8.62 eV
+ Với dãy Triazol : max = -8.01 eV
+ Với dãy Piridin : max = -9.55 eV
+ Với dãy Oxađiazol: max = - 7.78 eV.
- Sự chênh lệch năng lượng giữa năng lượng của obitan bị chiếm đầy cao nhất và obitan chưa bị chiếm thấp nhất có vai trò quy định khả năng phản ứng ( khả năng cho eletron ) của các hợp chất hữu cơ. Khi tăng về giá trị âm, tức giảm về trị tuyệt đối thì khả năng cho e của phân tử tăng lên. Và do vậy khả năng bị hấp phụ lên bề mặt kim loại tăng, đồng nghĩa với việc tăng khả năng ức chế. Tuy nhiên khi khả năng cho electron của một hợp chất quá cao, sẽ phản ứng với các chất khác nhau trong dung dịch ăn mòn, trước khi được hấp phụ trên bề mặt vật liệu. Do vậy mà khi tăng đến giá trị max, khả năng ức chế ăn mòn lại giảm.
- Giá trị max ( tại đó khả năng ức chế ăn mòn là lớn nhất ), dao động trong khoảng từ (-7.78) đến (-8.62) eV. Các giá trị này không trùng nhau, là do kết quả về khă năng ức chế ăn mòn của các dãy chất khác nhau thu được trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau về vật liệu làm điện cực; dung dịch ăn mòn và phương pháp đo.
+ Với dãy Quinolin: dd HNO3 3N ; Điện cực thép.
+ Với dãy Hidrazol: dd HNO3 1N ; Điện cực Cu.
+ Với dãy Triazol: dd HCl 1N ; Điện cực thép CT3.
+ Với dãy Piridin: dd HCl 3N ; Điện cực thép.
+ Với dãy : dd HCl 1N ; Điện cực Zn.
- Trong một số trường hợp, kết quả thu được không đúng với quy luật trên, chứng tỏ chỉ với giá trị Delta, không đủ để giải thích và đưa ra một kết luận đầy đủ về khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất hữu cơ. Như vậy khả năng ức chế ăn mòn không những phụ thuộc vào giá trị năng lượng Delta mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố khác.
Để chứng minh nhận định trên, chúng ta tiếp tục tìm hiểu quan hệ giữa khả năng ức chế ăn mòn và các thông số lượng tử khác của phân tử chất ức chế cũng như của các phân tử phức hình thành trong quá trình hấp phụ chất ức chế lên bề mặt kim loại.
III. Quan hệ giữa mật độ điện tích, số lượng trung tâm hút bám và khả năng ức chế ăn mòn.
Bảng 8 : Quan hệ giữa mật độ điện tích và khả năng ức chế ăn mòn của dãy Hidrazol.
Hợp chất
KH
SLTT hút bám
Hằng số Xichma
Zbv (%)
Delta
H1
3
-0.16
70
-8.617
H2
2
-0.07
69
-8.628
H3
3
-0.002
66
-8.507
H4
3
0.37
63
-8.421
H5
3
0.39
59
-8.388
H6
2
0.71
56
-7.719
Từ bảng 6 ta nhận thấy:
- Có một sự phù hợp hoàn toàn giữa giá trị của mật độ điện tích tính theo lí thuyết lượng tử bằng phần mềm Hyperchem và giá trị hằng số thực nghiệm. Như vậy kết quả tính toán có độ tin cậy cao.
- Khả năng ức chế ăn mòn phụ thuộc vào mật độ điện tích và số lượng trung tâm hút bám.
Từ H1 đến H6, mật độ điện tích trên nhóm trung tâm giảm dần tương ứng với sự giảm dần của khả năng ức chế ăn mòn.
- H2 và H6 đều chỉ có 2 trung tâm hút bám, nhưng nhóm - CH3 ( H2) đẩy e làm tăng mật độ điện tích của các nguyên tử trong vòng thơm. Nhóm NO2 ( H6) hút e làm giảm mật độ điện tích của các nguyên tử trung tâm hút bám. Do vậy mà khả năng ức chế ăn mòn của H2 > H6.
Bảng 9: Quan hệ giữa mật độ điện tích và khả năng ức chế ăn mòn của dãy Quinolin.
Hợp chất
Kí hiệu
SLTT hút bám
DELTA (eV)
Zbv ( %)
Q1
1
-8.714575
59
Q6
1
-8.574938
82
Q7
2
-8.480662
82
Q9
2
-8.452101
82
Q8
2
-8.306826
86
Q2
1
-8.673219
86
Q3
2
-8.638765
94
Q4
2
-8.586626
98
Q5
2
-8.592462
98
Từ bảng 9 ta có:
- ở Q4 và Q5, mật độ điện tích tập trung rất cao do vậy Z% bảo vệ lớn nhất.
- Theo thứ tự Q1- Q6- Q7- Q9- Q4- Q5, mật độ điện tích và số lượng trung tâm hút bám lần lượt tăng vì vậy mà Z% bảo vệ cũng tăng lên.
Bảng 10: Quan hệ giữa mật độ điện tích và khả năng ức chế ăn mòn của dãy Piridin.
Hợp chất
Kí hiệu
SLTT hút bám
Z% bv
Delta ( eV)
P1
1
13
-10.070365
P3
2
14
-9.771132
P2
2
19
-9.777125
P9
2
21
-9.480036
P4
2
28
-9.649444
P5
1
38
-9.594361
P8
2
73
-9.486484
P7
2
77
-9.534318
P6
2
86
-9.552706
-Từ bảng trên có thể giải thích trường hợp bất thường P3 theo bảng 7: Theo đó P3 có lớn hơn P2, nhưng khả năng ức chế ăn mòn của P3 lại nhỏ hơn P2. Ta thấy cả hai phân tử cùng có một trung tâm phản ứng, nhưng ở P3 mật độ điện tích tập trung cao hơn do vậy mà Z% bảo vệ lớn hơn. ở đây yếu tố mật độ điện tích giữ vai trò quyết định.
-Các trường hợp hợp khác biến thiên theo đúng quy luật của .
Bảng 11: Quan hệ giữa mật độ điện tích và khả năng ức chế ăn mòn của dãy Triazol.
Hợp chất
Kí hiệu
SLTT hút bám
Z% bv
T1
2
65.70
T6
4
73.96
T2
5
77.45
T5
4
87.18
T4
6
90.91
T3
5
93.26
Nhận xét:
+ Các chất T4 và T3 có nguyên tử S với mật độ điện tích tập trung cao do vậy mà khả năng ức chế ăn mòn rất lớn
+ Theo thứ tự trên, khả năng ức chế ăn mòn tăng phù hợp với chiều tăng số lượng các trung tâm hút bám và mật độ điện tích trên các trung tâm này.
+ Các trường hợp đều phù hợp với quy luật biên thiên giá trị năng lượng Delta.
Như vậy từ các kết quả thu được có thể khẳng định khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất hữu cơ có quan hệ chặt chẽ với cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ đó và được đặc trưng bởi các thông số lượng tử như:
+ Giá trị năng lượng EHOMO, ELUMO .
+ Thể tích phân tử và các nhóm thế.
+ Độ phân cực của phân tử.
+ Độ khúc xạ.
+ Momen lưỡng cực.
+ Diện tích các nhóm thế.
+ Mật độ điện tích....
ở đây xuất hiện một số câu hỏi cần giải quyết:
1. Có phải tất cả các thông số trên đều ảnh hưởng đến khả năng ức chế ăn mòn kim loại ?
2. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau có khác nhau không?
3. Phương trình định lượng mô tả quan hệ giữa các yếu tố lượng tử ảnh hưởng đến khả năng ức chế ăn mòn sẽ có dạng như thế nào? Và phần đóng góp của mỗi yếu tố là bao nhiêu?
Để giải quyết các câu hỏi đặt ra, em tiến hành tính toán tất cả các thông số lượng tử có liên quan của tất cả các phân tử thuộc năm dãy hợp chất hữu cơ đã đề cập ở trên. Sau đó dùng phép hồi quy tuyến tính tiến hành hồi quy với 6091 phép toán ( thử cho tất cả các biến số), và đã tìm ra được 6 phương trình tuyến tính, của 5 dãy chất hữu cơ. Điều đáng nói là với cả năm dãy chất hữu cơ đều tìm được phương trình phụ thuộc tuyến tính giữa khả năng ức chế ăn mòn và 3 đại lượng:
+ Giá trị năng lượng EHOMO.
+ Giá trị ăng lượng ELUMO.
+ Momen lưỡng cực của phân tử.
Các kết quả cụ thể được trình bày ở các bảng và đồ thị dưới đây!
Bảng 12: Các thông số lượng tử của dãy Piridin.
Kí hiệu
Z%bv
E HOMO
(eV)
E LUMO
(eV)
Momen (D)
Độ phân cực
( A3)
Độ khúc xạ (A3)
Diện tích (A2)
Thể tích (A3)
P1
13
-9.93202
0.13835
1.974
9.725
27.386
231.593
317.635
P2
19
-9.6272
0.14993
1.776
11.56
33.173
260.967
372.954
P3
14
-9.63772
0.13341
2.102
11.56
31.668
258.061
370.726
P4
28
-9.87905
-0.2296
2.823
11.653
32.29
258.891
362.235
P5
38
-9.3571
0.23726
1.86
15.23
41.932
320.407
480.719
P6
86
-9.87489
-0.3222
1.775
12.351
34.921
265.766
380.073
P7
77
-10.3152
-0.7809
3.759
11.646
32.46
259.091
373.258
P8
73
-9.28786
0.19862
0.782
12.197
33.201
280.322
400.317
P9
21
-9.4056
0.07443
2.974
10.362
28.992
243.013
339.405
Bảng 13: Kết quả bài toán hồi quy tuyến tính một lớp xác định mức độ liên hệ giữa
Z%bv và EHOMO, ELUMO, Momen lưõng cực.
SUMMARY OUTPUT
Regression Statistics
Multiple R
0.98283516
R Square
0.965964952
Adjusted R Square
0.940438666
Standard Error
7.167698708
Observations
8
ANOVA
df
SS
MS
F
Significance F
Regression
3
5832.496381
1944.165
37.84197
0.0021472
Residual
4
205.5036191
51.3759
Total
7
6038
Coefficients
Standard Error
t Stat
P-value
Lower 95%
Upper 95%
Lower 95.0%
Upper 95.0%
Intercept
1143.121699
230.0414252
4.969199
0.007656
504.42299
1781.8204
504.422987
1781.820411
X Variable 1
108.2984336
24.02302367
4.50811
0.010756
41.599689
174.99718
41.5996889
174.9971782
X Variable 2
-198.0247069
23.65063126
-8.37291
0.001113
-263.6895
-132.35989
-263.689522
-132.359891
X Variable 3
-28.85434486
4.158471607
-6.93869
0.002266
-40.40014
-17.308553
-40.4001369
-17.3085528
Từ bảng trên thu được phương trình hồi quy tuyến tính như sau:
Z%bv = 108.298 EHOMO - 198.025 ELUMO - 28.9D + 1143.12 ( 1)
Với hệ số tương quan R2 = 0,97.
Và dưới đây là bảng và đồ thị so sánh giữa hiệu suất bảo vệ đo bằng thực nghiệm và hiệu suất bảo vệ tính theo công thức (1):
Chất
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
P8
P9
Z%bv (tn)
13
19
14
28
38
86
77
73
21
Z%bv (lt)
-16.84
19.58
12.3
37.25
29.11
86.27
72.2
75.37
23.96
Đồ thị 6: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết.
Bảng 12: Các thông số lượng tử của dãy Hidrazol
Kí hiệu
Z%bv
E HOMO (eV)
E LUMO (eV)
Momen (D)
Độ phân cực ( A3)
Độ khúc xạ (A3)
Thể tích (A3)
Diện tích (A2)
N11
O13
Nhóm thế
H2
69
-9.0042
-0.37536
6.09
29.958
77.951
823.503
508.424
-0.322195
-0.292
-0.32791
H1
70
-8.9305
-0.31268
6.244
30.442
78.292
826.938
495.285
-0.302038
-0.311
-0.18156
H3
66
-9.007
-0.49907
5.256
29.244
74.945
795.296
479.714
-0.301682
-0.306
-0.24497
H4
63
-9.0613
-0.6402
4.636
30.535
78.055
817.506
492.973
-0.300946
-0.309
-0.00487
H5
59
-9.0661
-0.67791
4.755
31.233
80.873
849.973
525.792
-0.320904
-0.291
0.065356
H6
56
-9.1878
-1.46786
3.417
30.574
80.575
848.971
524.054
-0.314196
-0.293
-0.13834
Phương trình hồi quy tuyến tính của dãy Hidrazol:
Z%bv = 22.29 EHOMO - 2.92 ELUMO + 4.405 D + 241.2 ( 2).
Với hệ số tương quan R2= 0.916 khá cao chứng tỏ phương trình trên có đủ độ tin cậy.
Dưới đây là bảng và đồ thị so sánh giữa Hiệu suất bảo vệ thu được từ thực nghiệm và giá trị tính theo phương trình (2):
Chất
H1
H2
H3
H4
H5
H6
Z%bv (tn)
69
70
66
63
59
56
Z%bv (lt)
68.42
70.55
65.04
61.51
62.04
55.74
Đồ thị 7: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết.
Ngoài ra còn tìm được phương trình hồi quy tuyến tính thứ hai giữa Hiệu suất bảo vệ và các giá trị mật độ điện tích:
Z% (bv) = -1,16.103N11 - 1,513.103O13 - 2.137NT (3.)
Với hệ số tương quan R2 = 0.95
Trong đó: O13; N11, NT lần lượt là mật độ điện tích trên nguyên tử O số 13; nguyên tử N số 11 và trên nhóm thế.
Bảng và đồ thị so sánh:
Chất
H1
H2
H3
H4
H5
H6
Z%bv (tn)
69
70
66
63
59
56
Z%bv (lt)
68.94
70.79
64.25
63.36
57.96
57.69
Đồ thị 8: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết.
Bảng 13: Các thông số lượng tử của dãy Quinolin.
Kí hiệu
Z%bv
E HOMO (eV)
E LUMO (eV)
Momen (D)
Độ phân cực ( A3)
Độ khúc xạ (A3)
Diện tích (A2)
Thể tích (A3)
Q1
59
-9.1813
-0.4667
1.878
15.907
46.858
298.534
446.936
Q2
86
-9.0868
-0.4136
1.648
17.742
51.334
329.786
501.68
Q3
94
-9.0811
-0.4423
2.856
17.258
50.483
319.255
482.195
Q4
98
-9.2971
-0.7046
1.904
17.835
51.649
323.235
491.066
Q5
98
-9.3441
-0.7574
2.043
18.533
54.467
332.093
509.77
Q6
82
-9.2776
-0.7027
1.692
17.835
51.574
323.867
490.04
Q7
82
-8.9342
-0.4535
1.508
17.742
51.14
323.447
495.99
Q8
86
-9.0162
-0.5641
1.931
18.379
53.233
339.457
521.71
Q9
82
-8.7613
-0.4544
2.324
16.544
48.463
308.029
467.214
Phương trình hồi quy tuyến tính của dãy Quinolin:
Z%bv = -28.4822EHOMO - 8.147ELUMO + 6.157D - 185.944 (4)
Với hệ số tương quan R2 = 0.98.
Bảng và đồ thị so sánh:
Chất
Q2
Q3
Q4
Q5
Q7
Q8
Q9
Z%bv (tn)
86
94
98
98
82
86
82
Z%bv (lt)
86.39
93.9
96.32
98.95
81.5
87.34
81.61
Đồ thị 9: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết.
Bảng 14: Các thông số lượng tử dãy Oxaddiazol
Kí hiệu
Z%bv
E HOMO (eV)
E LUMO (eV)
Momen (D)
Độ phân cực ( A3)
Độ khúc xạ (A3)
Thể tích (A3)
Diện tích (A2)
A1
40.46461
-8.933779
-0.559275
4.428
26.135
67.745
725.325
453.353
A2
45.29984
-9.139439
-0.855293
3.189
25.495
64.942
687.405
432.763
A3
45.97515
-8.958056
-0.945452
2.82
29.613
77.23
815.187
509.132
A4
70.33171
-8.564704
-0.599046
4.541
31.156
82.173
848.381
522.906
A5
66.4376
-8.585712
-0.663963
4.415
30.516
79.37
820.129
500.526
A6
10.58887
-8.034142
-0.301974
4.284
31.156
82.173
860.261
531.73
Phương trình hồi quy tuyến tính của dãy Oxaddiazol:
Z% bv = 24.09 EHOMO - 887.4 ELUMO + 41.71 D - 30.98 (5)
Với hệ số tương quan R2 = 0.97.
Bảng và đồ thị so sánh:
Chất
A1
A2
A3
A4
A5
A6
Z%bv (tn)
40.5
45.3
46
70.3
66.4
10.6
Z%bv (lt)
43.3
42.1
48
64.3
70.7
10.7
Đồ thị 10: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết.
Bảng14: Các thông số lượng tử của dãy Triazol.
Kí hiệu
Z%bv
E HOMO(eV)
E LUMO(eV)
Momen (D)
Độ phân cực (
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- DAN163.doc