其中ΔfHC,ΔfHH,ΔfHO表示298K下C,H,O三种原子的标准生成热,都是已知的,即可算出化合物的生成热[7,13]。
3计算方法:
此次实验采用的是DFT泛函B3LYP/6-31G**和G2方法。[]这两种方法已经证明与实验所得数据吻合良好。是研究高能化合物生成热,估算晶体密度的有效方法。通过合理的设计等键反应,可以使反应物和生成物中键的种类数量相同,电子环境相似,有效降低计算HOF时产生的误差,等键反应的生成热可由以下公式得出
(3)ΔH298= ΔfHp— ΔfHR
(4)ΔH₂₉₈ =ΔE₂₉₈ +Δ(pV) =ΔE₀ +ΔEZPE +ΔHT +ΔnRT
其中,ΔfHp是298K下生成物的标准生成热,ΔfHR是298K下反应物的标准生成热,E₀是0K时反应物与生成物总能量之差;ΔEZPE是0K时反应物与生成物零点震动能之差;ΔHT是0~298K的热校正。对于理想气体等键反应,ΔnRT=0。通过等键反应所计算目标化合物的生成热,需要事先知道小分子碎片的生成热。小分子碎片的生成热可以采用G2方法通过原子化反应CaHbOcNdFe —— aC(g) + bH(g) + cO(g) + dN(g)+eF(g)计算得到。CH4 NH3 CH3NH2 CH3NO2 N2H4 NH2NO2 可根据已有精确实验值直接代入计算。目标化合物密度可由下式计算得出
(5)ρ=α₁(M/V(0。001))+β₁(νσ²tot2)+γ₁
其中σ²tot2是静电势相互作用指数[13,14],表示分子表面上静电势的可变度,可用于修正分子间相互作用带来的误差。M为分子摩尔质量;V(0。001)为孤立气体分子体积;ν表示等电子密度面上正、负电位之间平衡度。系数α₁、β₁、γ₁分别为0。9183、0。0028、0。0443[10]。轰爆性能可由Kamlet-Jacobs方程[15]估计文献综述
(6)D=1。01(NM͞½Q½) ½ (1+1。30ρ)
(7)P=1。558ρ²N½Q½
(8)h₅₀=α2σ²+β₂ν+γ₂
其中D表示爆速;P表示爆压;M为气体产物的平均摩尔质量;Q为每克炸药的轰爆化学能;ρ为炸药的装药密度。Q可由生成物和反应物的生成热的差值求得。因为密度ρ是理论值,实际不会达到该装药密度,故可将求得的D与P看作是目标化合物最高爆速与最强爆压[4,16]。此次实验将通过撞击感度(h50)来表征目标化合物的稳定性与感度,最早被波利泽为代表的科学家所提出。撞击感度定义为给定质量的落锤对样品进行撞击,使其50%产生爆炸的高度参数[7,17],h50越大,则目标化合物越稳定。系数2、2、2分别为-0。0064、241。42和-3。43
4基组的分类与等键反应设计
4。1小分子的生成热
表1 小分子总能量(E0)、温度校正项(Ht)和生成热(HOF)计算值与实验值
分子 E0 (a。u。) Ht (kJ/mol) HOFCAL (kJ/mol) HOFEXP (kJ/mol)
表1列出了原子化反应所需要的元素气相生成热,小分子碎片的G2计算值,Ht值,以及由此推算出的生成热。部分化合物给出了实验生成热,通过比较这部分发现,由G2方法计算得出的生成热与实验生成热非常接近。CH4生成热相对误差为0。0873%,NH3的生成热相对误差为1。87%。此可知由G2得到的生成热是可靠的。为精确起见,生成热可通过实验得到的化合物,CH4、NH3、CH3NH2、CH3NO2、N2H4、NH2NO2的等键反应运用实验生成热进行计算,而生成热不可通过实验得到的化合物,则用G2计算得到的理论值替代。实验生成热分别由Afeefy,Dean,Lide提供[18]。