Термическая устойчивость молекулы метилкубейна С9H10

М.М. МАСЛОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ТЕРМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ
МОЛЕКУЛЫ МЕТИЛКУБЕЙНА C9H10
Представлены результаты теоретического исследования динамики и распада молекулы метилкубейна C9H10 при
различных температурах.
Метилкубейн C9H10 – производный от кубейна C8H8 [1] кластер, в котором один из атомов водорода
замещен на метил-группу (CH3), кубическая структура кластера при этом сохраняется (рис. 1).
Использование кубейна в качестве топлива является затруднительным, т. к. при комнатной температуре
кластеры кубейна образуют молекулярный кристалл, по аналогии с фуллеритом на основе кластеров C60.
Метилкубейн, напротив, при комнатной температуре является жидкостью, поэтому его использование в
качестве экологически чистого жидкого топлива представляет огромный интерес. Для исследования
энергетических и структурных характеристик метилкубейна, а также каналов распада молекулы C9H10
использовался модифицированный неортогональный потенциал сильной связи, предложенный в работе [2].
Рассчитанная нами величина энергии связи метилкубейна C9H10, в расчете на атом, составила Eb = 4.37
eV/atom.
Рис. 1. Молекулярная структура метилкубейна C9H10. Большие кружки – атомы углерода, маленькие кружки – атомы водорода
В настоящей работе детально исследованы возможные каналы распада молекулы метилкубейна C9H10 и
ее динамика при различных температурах. Для исследования термической устойчивости метилкубейна
C9H10 мы выполнили численное моделирование его динамики при различных начальных температурах и
фиксированной полной энергии. В качестве окончательных продуктов мы наблюдали изомер C9H10 –
молекулу метилциклооктатетраена, а также совокупности молекул: {бензол C6H6 и пропин C3H4} или
{толуол C7H8 и ацетилен C2H2}, что подтверждается экспериментально [3]. Для определения энергии
активации Ea процесса распада мы проанализировали температурную зависимость времени жизни τ кластера
метилкубейна, используя формулу Аррениуса. На рис. 2 представлена расчетная зависимость логарифма τ
от обратной начальной температуры.
-20
-22
ln()
-24
-26
-28
-30
0.0004
0.0005
0.0006
0.0007
0.0008
1/Tini
Рис. 2. Зависимость логарифма времени жизни (в секундах) метилкубейна до момента распада от обратной начальной температуры
(в Кельвинах)
Определенная нами величина энергии активации распада метилкубейна C9H10 составила Ea ≈ 1.4 eV.
Работа выполнена в рамках проекта «НОЦ фундаментальных исследований материи в экстремальных
состояниях».
Список литературы
1. Eaton P.E., Cole T.W., Jr. The Cubane System // J. Am. Chem. Soc. 1964. V. 86. P. 962 – 964.
2. Подливаев А.И., Маслов М.М., Опенов Л.А. Неортогональный метод сильной связи для углеводородных
соединений // Инженерная физика. 2007. № 5. С. 42 – 49.
3. Li Z., Anderson S.L. Pyrolysis Chemistry of Cubane and Methylcubane: The Effect of Methyl Substitution on Stability
and Product Branching // J. Phys. Chem. A. 2003. V. 107. P. 1162 – 1174.