碱金属卤盐在水中溶解的微观机理研究

Alkali halides are simple salts. Dissolution of Alkali halide salts in water is a fundamental process in chemistry. They play important roles in atmospheric chemistry, environmental chemistry, material chemistry, as well as in our daily life. Untill now, the molecular-level understanding about alkali halide salt dissolution is not clear. This is certainly hinding the innovation and development in related areas. Our recent study on the microsolvation of LiI and CsI in water shows that dissolution process depends srongly on the alkali cation. Based on the results, microsolvation of Alkali halide salts in water will be intensively studied by quantum chemistry theory. The geometric and electronic structures, ion-ion, ion-water and water-water interactions will be investigated, and the dependence of contact ion pairs and solvent-seperated ion pairs formation and evolution on different ions of salts will be understood. Then microscopic solvation mechanism of Alkali halide salts in water will be revealed.

碱金属卤盐是一类简单的盐，它们在水中的溶解是一种基础的化学过程, 与大气﹑环境﹑材料以及人的生活等应用领域息息相关。然而，目前人们对碱金属卤盐在分子层次上和水相互作用的微观图像和机理却不是很清楚，这在一定程度上阻碍了相关领域的创新发展。在前期研究中，我们发现LiI和CsI在水中溶解时，碱金属离子的不同会严重影响其溶解的过程。在此基础上，我们计划采用量子化学理论计算对碱金属卤盐在水中的溶解机理进行系统研究，探索碱金属卤盐和水相互作用的稳定结构、电荷状态，分析离子和离子、离子和水分子、水分子和水分子之间的作用特性，找出接触离子对和溶剂隔离离子对结构的形成和演化同盐中不同离子的依赖关系。进一步揭示碱金属卤盐在水中溶解的微观图像和机理。

碱金属卤盐是一类简单的盐，它们在水中的溶解是一种基础的化学过程, 与大气﹑环境﹑材料以及人的生活等应用领域息息相关。本项目采用量子化学理论计算结合光电子能谱实验技术对碱金属卤盐在水中的溶解机理进行了研究。具体结果如下：（1）单个碱金属卤盐与水的相互作用。我们发现对于对于负离子团簇NaCl(H2O)n-，在n=2时，就会出现溶剂隔离离子对(SSIP),而对于中性团簇NaCl(H2O)n，在n<9时，团簇结构一直是紧密离子对(CIP)在主导，在n=9-12之间，CIP与SSIP几乎简并，这与NaCl的饱和溶液中H2O:NaCl的摩尔比吻合，这也说明在凝聚相中CIP与SSIP两种结构共存。负离子团簇LiF(H2O)n-,在n=4时出现SSIP，而其相应的中性团簇在n=0-6时，Li+‖F- 一直以CIP形式存在。（2）碱金属卤盐m聚体与水的相互作用。重点对(LiI)2(H2O)n0/-、(NaI)2(H2O)n0/-和(KI)2(H2O)n0/-进行了对比研究。研究结果表明，负离子团簇(LiI)2(H2O)n-主要是L型结构，而 (NaI)2(H2O)n-和(KI)2(H2O)n-在水分子数较少时是L型结构，随着水分子数目的增多，金字塔型结构开始占主导。 (KI)2比(NaI)2更难被水分子撬开，这与KI有相对较低的溶解度是一致的。本研究对进一步揭示碱金属卤盐在水中溶解的微观图像和机理提供了依据，有助于在分子水平上理解盐的溶解。