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四价钍水合物簇中的质子转移:与水溶液中 Th(OH)(2)(2+) 水解为 Th(OH)(3)(+) 的关系。

Proton transfer in Th(IV) hydrate clusters: a link to hydrolysis of Th(OH)(2)(2+) to Th(OH)(3)(+) in aqueous solution.

机构信息

Chemical Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94720, USA.

出版信息

J Phys Chem A. 2013 Jan 17;117(2):451-9. doi: 10.1021/jp309658x. Epub 2013 Jan 4.

Abstract

Gas-phase reactions of thorium hydroxide cations with water were studied in an ion trap and by density functional theory. The Th(OH)(2)(2+) ion adds five inner-shell water molecules. Addition of outer-shell water molecules to produce the Th(OH)(2)(2+)·(H(2)O)(6-8) yields Th(OH)(3)(+)·(H(2)O)(0-3) by intracluster proton transfer and elimination of a protonated water cluster, (H(3)O)(+)(H(2)O)(2). Facile hydrolysis of Th(IV) in these small hydrate clusters correlates with solution hydrolysis of Th(OH)(2)(2+)(aq) to Th(OH)(3)(+)(aq). The Th(OH)(3)(+) ion adds up to three inner-shell water molecules. For the other studied Th(IV) singly charged ions, ThO(OH)(+) exothermically hydrolyzes directly to Th(OH)(3)(+) by addition of a water molecule, ThO(O(2))(+) hydrolyzes to Th(OH)(3)(+) via nonthermalized Th(OH)(2)(O(2))(+), and Th(OH)(2)(O(2))(+) hydrolyzes to Th(OH)(3)(+)·(H(2)O) by a sequence that requires exothermic hydration prior to hydrolysis. Computed structures and energetics are in accord with the experimental observations.

摘要

气态条件下,钍氢氧化物阳离子与水的反应在离子阱中进行,并通过密度泛函理论进行了研究。Th(OH)(2)(2+) 离子添加了五个内壳层水分子。通过内簇质子转移和质子化水分子簇 (H(3)O)(+)(H(2)O)(2) 的消除,添加外壳层水分子生成 Th(OH)(3)(+)·(H(2)O)(0-3)。这些小水合簇中 Th(IV) 的易水解与 Th(OH)(2)(2+)(aq) 在溶液中的水解反应一致,生成 Th(OH)(3)(+)(aq)。Th(OH)(3)(+) 离子最多可添加三个内壳层水分子。对于其他研究的 Th(IV) 单价离子,ThO(OH)(+) 通过添加一个水分子而发生放热水解,直接生成 Th(OH)(3)(+),ThO(O(2))(+) 通过非热化的 Th(OH)(2)(O(2))(+) 水解为 Th(OH)(3)(+),而 Th(OH)(2)(O(2))(+) 通过需要在水解之前进行放热水合的一系列反应水解为 Th(OH)(3)(+)·(H(2)O)。计算得到的结构和能量与实验观察结果一致。

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