КВАНТОВО-ХІМІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ХІМІЗМУ ПРОЦЕСУ СИНТЕЗУ ПЛІВОК МЕРКУРІЮ СУЛЬФІДУ ТА МЕРКУРІЮ СЕЛЕНІДУ

1
Національний університет “Львівська політехніка”
2
Національний університет “Львівська політехніка”
3
Національний університет „Львівська політехніка”
4
Національний університет “Львівська політехніка”
5
Національний університет „Львівська політехніка”

Методом хімічного осадження отримано плівки меркурію сульфіду (HgS) та меркурію селеніду (HgSe) з водного розчину солі меркурію(II), комплексоутворювального та халькогенізуючого реагентів. Для отримання комплексних форм з Hg(II) під час синтезу плівок HgS використано тіокарбамід, а під час синтезу плівок HgSe – калій йодид, калій роданід та натрій тіосульфат. Рентгенофазовим аналізом підтверджено утворення цільових сполук, а також формування тернарної сполуки Hg3I2Se2 під час синтезу плівок HgSe з використанням калій йодиду. Описано основні фактори, що впливають на формування плівок сульфідів металів при їхньому хімічному синтезі з водного розчину. На основі аналізу літературних даних запропоновано гіпотезу про утворення проміжних, реакційно-здатних комплексів, асоціатів, кластерів, структур з колоїдною природою, які є структурними ланками в процесі синтезу плівки халькогенідів меркурію за рахунок кооперативних та флуктуаційних явищ в робочому розчині. На основі запропонованої гіпотези проведено квантово-хімічне моделювання хімізму синтезу плівок HgS з використанням тіокарбаміду та плівок HgSe з використанням калій йодиду, калій роданіду і натрій тіосульфату. Здійснено порівняння процесів синтезу HgS та HgSe із цими комплексоутворювальними реагентами на основі розрахованих енергетичних діаграм стадій змодельованого процесу синтезу напівемпіричними методами PM6 та PM7 в пакеті програм MOPAC2012. Встановлено, що синтез плівок HgS з тіокарбамідом слід проводити за підвищених температур внаслідок меншої зміни енергії системи (ΔE = 119 кДж/моль) порівняно з ΔЕ для синтезу плівок HgSe (ΔЕ = 450-550 кДж/моль). Більша величина зміни енергії системи під час синтезу Hg3I2Se2
(ΔE = 550 кДж/моль) порівняно з осадженням плівок HgSe (ΔЕ = 438 кДж/моль) із використанням калій йодиду як комплексоутворювального реагента вказує на можливість формування обох продуктів, що було підтверджено експериментально. Подібна природа зміни енергії системи та близькість значень ΔЕ змодельованих стадій синтезу плівок HgSe з використанням різних комплексоутворювальних реагентів (ΔЕ = 430-550 кДж/моль) свідчить про подібність хімізму їхнього одержання.

1. Thiel, W. (2014). Semiempirical quantum-chemical methods. WIREs Computational Molecular Science, 4(2), 145-157. doi:10.1002/wcms.1161
https://doi.org/10.1002/wcms.1161
2. Марков, В., Маскаева, Л., & Иванов, П. (2006). Гидрохимическое осаждение пленок сульфидов металлов: моделирование и експеримент. Ека-теринбург: УрО РАН.
3. Берг, Л., Мещенко, К., & Богомолов, Ю. (1970). Выбор оптимальных условий осаждения пленок суль-фи¬да свинца. Неорганические материалы, 6(7), 1337-1338.
4. Han, J., Fu, G., Krishnakumar, V., Liao, C., Jaegermann, W., & Besland, M. (2013). Preparation and characterization of ZnS/CdS bi-layer for CdTe solar cell application. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 74(12), 1879-1883. doi:10.1016/j.jpcs.2013.08.004
https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2013.08.004
5. Марков, В, & Маскаева, Л. (2005). Расчет условий образования твердой фазы халькогенидов металлов при гидрохимическом осаждении. Екате-ринбург: ГОУ ВПО УГТУ−УПИ.
6. Jalilehvand, F., Amini, Z., & Parmar, K. (2012). Cadmium(II) Complex Formation with Selenourea and Thiourea in Solution: An XAS and 113Cd NMR Study. Inorganic Chemistry, 51(20), 10619-10630. doi:10.1021/ic300852t
https://doi.org/10.1021/ic300852t
7. Созанський, М., Чайківська, Р., Стаднік, В., Шаповал, П., & Ятчишин, Й. (2017). Вплив pH се-редовища на властивості гідрохімічно синтезованих плівок гідрарґерум сульфіду (HgS). Вісник Національ-ного університету "Львівська політехніка". Серія: Хі-мія, технологія речовин та їх застосування, 868, 24-30.
8. Sozanskyi, M., Stadnik, V., Shaykivska, R., Shapoval, P., Yatchyshyn, Y., & Vasylechko, L. (2018). The effect of different complexing agents on the properties of mercury selenide films deposited from aqueous solutions. Voprosy Khimii I Khimicheskoi Tekhnologii, 119(4), 69-76.
9. Kraus, W., & Nolze, G. (1996). POWDER CELL - a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns. Journal of Applied Crystallography, 29(3), 301-303. doi:10.1107/s0021889895014920
https://doi.org/10.1107/S0021889895014920
10. Bochkarev, V., Soroka, L., Klimova, T., & Velikorechina, L. (2015). Modeling of Condensation Reaction of Aniline to Diphenylamine by PM7 Method. Procedia Chemistry, 15, 320-325. doi:10.1016/j.proche.2015.10.051
https://doi.org/10.1016/j.proche.2015.10.051
11. Somekawa, K. (2014). Molecular Simulation of Potential Energies, Steric Changes and Substituent Effects in Photochromic Cyclization/Cycloreversion of Three Kinds of Dithienylethenes by MOPAC-PM6 Method. Journal of Computer Chemistry, Japan, 13(4), 233-241. doi:10.2477/jccj.2014-0013
https://doi.org/10.2477/jccj.2014-0013
12. Stewart, J. (2012). MOPAC2012 Home Page. Retrieved from http://openmopac.net/MOPAC2012.html
13. Senda, N. (2018). Winmostar - Structure modeler and visualizer for free Chemistry simulations. Retrieved from https://winmostar.com/