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Hydration of Y$$^{3+}$$ ion; A Car-Parrinello molecular dynamics study

Y$$^{3+}$$イオンの水和; カー$$cdot$$パリネロ分子動力学による研究

池田 隆司; 平田 勝; 木村 貴海

Ikeda, Takashi; Hirata, Masaru; Kimura, Takaumi

0.8$$M$$ YCl$$_{3}$$水溶液中のY$$^{3+}$$イオンの水和構造と水和イオンのダイナミクスを、過剰プロトンが存在する場合としない場合の2条件について、第一原理分子動力学法により調べた。どちらの条件でもY$$^{3+}$$の第一水和殻には水8分子が含まれ、それらがsquare antiprismを形成する結果となった。この構造はX線吸収端構造の実験から推測されている構造と一致している。局在軌道を用いた電子状態の詳細な解析から、水分子がY$$^{3+}$$イオンに配位することにより、特に酸素原子の電荷分布に大きな変化が生じており、バルク水を基準とした$$^{17}$$O NMRは約-20ppmの化学シフトを示すことがわかった。

The solvation shell structure of Y$$^{3+}$$ and the dynamics of the hydrated ion in an aqueous solution of 0.8$$M$$ YCl$$_{3}$$ are studied in two conditions with and without an excess proton by using first principles molecular dynamics method. We find that the first solvation shell around Y$$^{3+}$$ contains eight water molecules forming a square antiprism as expected from X-ray absorption near edge structure in both the conditions we examined. A detailed analysis relying upon localized orbitals reveals that the complexation of water molecules with yttrium cation leads to a substantial amount of charge redistribution particularly on the oxygen atoms, giving rise to the chemical shifts of $$sim$$ -20 ppm in $$^{17}$$O NMR relative to the computed nuclear shieldings of the bulk water.

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パーセンタイル:30.84

分野:Chemistry, Physical

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