FOX-7: ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Празян Т. Л.

Магистрант, физический факультет, ФГБОУ ВПО КемГУ, Россия, г. Кемерово

FOX-7: ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация

Целью настоящей работы является представление данных о структурном и электронном строении FOX-7 в газовой фазе, полученные различными ab initio методами.

Ключевые слова: высокоэнергетические материалы, FOX-7, первопринципные методы.

Prazyan T. L.

Undergraduate student, Department of General Physics, Kemerovo State University, Russian Federation, Kemerovo

FOX-7: AB INITIO STUDY OF THE HIGH ENERGY MATERIALS

Abstract

The aim of this work is to obtain data on the structural and electronic structure of FOX-7 in the gas phase obtained by different ab initio methods.

Keywords: high energy materials, FOX-7, ab initio methods.

Расчеты по оптимизации геометрии, расчету и анализу электронных свойств C₂N₄O₄H₄ (далее FOX-7) [1] проводились с использованием программного пакета CRYSTAL09 [2], основанный на методе линейной комбинации атомных орбиталей (ЛКАО). Базисные наборы [3], использовавшиеся при расчетах: C_6-21G*, H_3-1p1G, N_6-31d1G, O_6-31d1. В настоящей работе результаты приведены для FOX-7 в газовой фазе. Как было выяснено ранее, данная модель удовлетворительно описывает свойства изучаемых материалов и дает достаточно точные результаты в сравнении с экспериментальными данными.

На рис.1 (слева) показано молекулярное строение FOX-7. Как можно заметить, рассматриваемая молекула имеет две нитрогруппы и две аминогруппы, атомы кислорода и водорода которых отклонены от основной плоскости молекулы. Справа рис.1 представлена карта распределения электростатического потенциала для молекулы FOX-7. Видно, с аминогрупп вытекает заряд, на это указывают сплошные линии, а не нитрогруппы – натекает. Области отрицательного потенциала обозначены пунктирными линиями, положительного потенциала – сплошными линиями, поверхности нулевого потенциала – штрих-пунктирными линиями.

 

Рис. 1 – Структура молекулы FOX-7 (слева), распределение электростатического потенциала (справа)

 

Результаты, полученные из первопринципных расчетов в данной работе, представлены в сравнении с экспериментальными данными [4] (таб. 1). Анализируя полученные значения длин связей (в Å), а также сравнив между собой минимумы энергий E_tot (в эВ), можно сделать вывод о том, что метод расчета B3LYP, выбранный ранее для изучения высокоэнергетических материалов, таких как PETN, TATB [5] и др., является наиболее приемлемым для описания как структурных и электронных свойств, так и физико-химических [6,7].

 

Таблица 1 – Минимум энергии и длины связей в молекуле FOX-7

	EXP [4]	B3LYP	HF	LDA	PBE	PWGGA
Etot		-16273.16	-16192.13	-16096.68	-16265.05	-16277.35
C1 – C1	1.46	1.43	1.41	1.44	1.44	1.43
C–NO2	1.40	1.43	1.42	1.40	1.44	1.44
C–NH2	1.33	1.34	1.33	1.32	1.35	1.35
N1 – O1	1.24	1.22	1.18	1.21	1.23	1.23
N1 – O2	1.25	1.25	1.21	1.26	1.27	1.27
N2 – H1	1.01	1.01	0.99	1.02	1.01	1.01
N2 – H2	1.01	1.01	0.99	1.08	1.04	1.03

 

Также из первых принципов получен частотный спектр (рис. 2). При частоте 1296 см^-1 и интенсивностью 556 км/моль колеблются атомы азота N₁ и N₄, а также атомы водорода H₁ и H₃. При частоте 1638 см^-1 и интенсивностью 1028 км/моль – атомы углерода C₁ и C₂, атомы водорода H₁ – H₄. При частотах 3436, 3459 и 3705 см^-1 и интенсивностями 210, 104 и 131 км/моль, соответственно, колеблются атомы водорода H₁ – H₄.

 

Рис. 2 – Частотный спектр молекулы FOX-7

  Литература

1. Appalakondaiah S. Structural, vibrational, and quasiparticle band structure of 1, 1 -diamino-2, 2 - dinitroethelene from ab-initio calculations / S. Appalakondaiah, G. Vaiheeswaran // The J. Of Chem. Phisics. – 2014. - № 140 (1). – P. 1-16.
2. Dovesi R. CRYSTAL09 User’s Manual / R. Dovesi, V.R. Saunders, C. Roetti [et al.]. - Torino: University of Torino, 2010.
3. CRYSTAL Basis Sets Library [Электронный ресурс] URL: http://www.crystal.unito.it/Basis_Sets/Ptable.html (дата обращения 24.02.2015).
4. Bemm U., Ӧstmark H. Acta Crystallogr., 1998. P. 1997.
5. Valenzano L. Accurate prediction of second-order elastic constants ftom first principles: PETN and TATB / L.Valenzano, W. J. Slough, W. F. Perger // AIP Conf. Proc. -2012. - № 1426. – P. 1191-1194.
6. Празян Т. Л. Исследование физико-химических свойств ряда взрывчатых веществ методами компьютерного моделирования / Т. Л. Празян, Ю. Н. Журавлев // Вестник КемГУ. – 2014. – № 4 (60). – Т. 2. – C. 137-144.

References

1. Appalakondaiah S. Structural, vibrational, and quasiparticle band structure of 1, 1 -diamino-2, 2 - dinitroethelene from ab-initio calculations / S. Appalakondaiah, G. Vaiheeswaran // The J. Of Chem. Phisics. – 2014. - № 140 (1). – P. 1-16.
2. Dovesi R. CRYSTAL09 User’s Manual / R. Dovesi, V.R. Saunders, C. Roetti [et al.]. - Torino: University of Torino, 2010.
3. CRYSTAL Basis Sets Library [Jelektronnyj resurs] URL: http://www.crystal.unito.it/Basis_Sets/Ptable.html (data obrashhenija 24.02.2015).
4. Bemm U., Ӧstmark H. Acta Crystallogr., 1998. P. 1997.
5. Valenzano L. Accurate prediction of second-order elastic constants ftom first principles: PETN and TATB / L.Valenzano, W. J. Slough, W. F. Perger // AIP Conf. Proc. -2012. - № 1426. – P. 1191-1194.
6. Prazyan T. L. Issledovanie fiziko-himicheskih svojstv rjada vzryvchatyh veshhestv metodami komp'juternogo modelirovanija / T. L. Prazyan, Ju. N. Zhuravlev // Vestnik KemGU. – 2014. – № 4 (60). – T. 2. – S. 137-144.