Оптика и спектроскопия. Лазерная физика
ИК спектры гидратированного CaSO$_4$ в среднем инфракрасном диапазоне
А. В. Морозов,
Д. В. Ольховатов,
В. Л. Шаповалов,
А. Г. Кочур,
В. А. Явна Ростовский государственный университет путей сообщения
Аннотация:
Статья посвящена исследованию влияния влажности образцов алебастра (строительного гипса) на форму их ИК спектров в диапазоне волновых чисел 500-4000 см
$^{-1}$. Для этого экспериментальными методами нарушенного полного внутреннего отражения исследованы ИК спектры дистиллированной воды и образцов алебастра с влажностью 0, 26, 106, 132, 159, 185 и 212% при температуре 23
$^{\circ}С$. Методами, базирующимися на использовании теории функционала плотности с обменно-корреляционным потенциалом XLYP, рассчитаны волновые числа и интенсивности компонентов ИК спектров кластеров CaSO
$_4$(H
$_2$O)
$_n$ для
$0 < n < 16$. С помощью гауссовых кривых с ширинами, оцененными из эксперимента, определены формы полос валентных колебаний воды. При расчете структуры CaSO
$_4$(H
$_2$O)
$_n$ выполнена оптимизация положений атомов в различных структурных модификациях кластеров. В качестве критерия выбора оптимальной структуры кластера служило минимальное значение полной энергии, а для кластеров с большим числом атомов этот критерий применялся к изначально выбранному изомеру. На основе результатов расчетов объяснены трансформации измеренных спектров (изменения волновых чисел и интенсивностей) при изменении влажности образцов. Сравнение экспериментальных и теоретических спектров в диапазоне волновых чисел 3500-3900 см
$^{-1}$ позволило отнести исследованный порошок алебастра к совокупности кластеров разного размера: 2(CaSO
$_4$(H
$_2$O)
$_{0.5}$), 2(CaSO
$_4$(H
$_2$O)
$_{0.5}$ + 0.5H), 4(CaSO
$_4$(H
$_2$O)
$_{0.5}$), включая и кластер кристаллического гипса: 2(CaSO
$_4$(H
$_2$O)
$_2$). Достигнутое согласие в положении и форме экспериментальных и теоретических полос воды в спектрах образцов разной влажности обосновывает адекватность теоретического описания гидратации CaSO
$_4$.
Ключевые слова:
ИК спектр, метод НПВО, гидратация CaSO$_4$, кластерный метод, электронная и пространственная структуры, метод DFT.
УДК:
539.194
Поступила в редакцию: 13.02.2023
DOI:
10.18500/1817-3020-2023-23-3-221-237