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Hydrolysis of Al$$^{3+}$$ from constrained molecular dynamics

拘束条件付き分子動力学により調べたAl$$^{3+}$$イオンの加水分解反応

池田 隆司; 平田 勝 ; 木村 貴海 

Ikeda, Takashi; Hirata, Masaru; Kimura, Takaumi

塩化アルミニウム水溶液でのアルミニウムイオンの加水分解反応をカー・パリネロ分子動力学法に基づいた拘束条件付き分子動力学を用いて調べた。アルミニウムに関するプロトンの配位数を反応座標として用いることにより、拘束条件付き分子動力学でプロトン脱離と脱水和を実現することができた。加水分解の自由エネルギー差として8.0kcal$$cdot$$mol$$^{-1}$$が得られたが、この自由エネルギー差から見積もった加水分解定数は文献値とよく一致することがわかった。加水分解の自由エネルギー差は酸性条件下では中性条件下よりも少なくとも4kcal$$cdot$$mol$$^{-1}$$高くなっており、余剰プロトンにより反応が阻害されることがわかった。

We investigated the hydrolysis reactions of Al$$^{3+}$$ in AlCl$$_{3}$$ aqueous solution using the constrained molecular dynamics based on Car-Parrinello molecular dynamics method. By employing the proton-aluminum coordination number as a reaction coordinate in the constrained molecular dynamics the deprotonation as well as dehydration processes are successfully realized. From our free-energy difference of $$Delta G^{0}simeq8.0$$kcal$$cdot$$mol$$^{-1}$$ the hydrolysis constant $$pK_{a1}$$ is roughly estimated as 5.8 comparable to the literature value of 5.07. We show that the free-energy difference for hydrolysis of Al$$^{3+}$$ in acidic conditions is at least 4kcal$$cdot$$mol$$^{-1}$$ higher than that in neutral condition, indicating that the hydrolysis reaction is inhibited by the presence of excess protons located around the hydrated ion in agreement with the change of the predominant species by $$p$$H.

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パーセンタイル:75.33

分野:Chemistry, Physical

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