Đồ án Nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của một số hợp chất hữu cơ

tế, sự tổ hợp của các là kết quả của tính toán SCF, trong đó chúng dường như ít thích hợp để mô tả hàm sóng phân tử. Nhìn chung, để xem sự mô tả chính xác giữa các mức t2g và eg, phải sử dụng EHT, chứ không phải là các phương pháp khác. III.2.2. Phương pháp ZDO (Zero Differential Overlap). Đây là phương pháp gần đúng xen phủ vi phân bậc không do Pople đưa ra. Nó bỏ qua tất cả các tích của các hàm cơ sở phụ thuộc vào cùng toạ độ electron định vị trên các nguyên tử khác nhau. Giả định của Pople có nghĩa là orbital nguyên tử định vị trên tâm A là fA trên tâm B là fB , gần đúng ZDO tương đương với fA.fB =0 (ẠB). Vì tích các hàm cơ sở trên các nguyên tử khác nhau được đặt bằng không, nên không có tích tích phân trên một tích như vậy hay fA.fBdt =0. Điều này dẫn đến các hệ quả sau . -Ma trận xen phủ được chuyển thành ma trận đơn vị . -Các tích phân một electron ba tâm (hai từ các hàm cơ sở và một từ toán tử) được đặt bằng không . -Tất cả các tích phân hai electron ba tâm và bốn tâm được bỏ qua. Để bù lại cho sự gần đúng này, các tích phân còn lại được chuyển thành các tích phân tham số và các giá trị của nó được xác định trên cơ sở tính toán hoặc từ dữ liệu thực nghiệm khác nhau. III.2.3. Phương pháp CNDO (Complete Neglect of Differential Overlap). Mặc dù CNDO kém chính xác hơn những phương pháp NDO khác, nhưng có hai lý do để sử dụng chúng. + CNDO và INDO nói chung nhanh hơn MINDO/3, MNDO, AM1, và PM3 và đòi hỏi ít bộ nhớ hơn nhiều. Bạn có thể áp dụng chúng cho những phân tử quá lớn đối với MINDO/3, MNDO, AM1, và PM3. + Phần về tốc độ,về khía cạnh nào đó thì CNDO là đơn giản. Nó sử dụng ít tham số hơn bất kì phương pháp nào ngoại trừ EHT, và do đó dễ dàng hiểu các kết quả của việc thay đổi một tính toán. Chú ý: Không sử dụng CNDO trên bất cứ vấn đề mà electron-spin là quan trọng. Việc bỏ qua hoàn toàn tích phân trao đổi nguyên tử làm cho nó không có khả năng liên quan với những vấn đề này. III.2.4. Phương pháp INDO (Intermediate Neglect of Differential Overlap). INDO nhanh hơn MINDO/3, MNDO, AM1, và PM3 và không giống với CNDO, có thể liên quan tới ảnh hưởng spin. Nó đặc biệt lưu tâm tới sự lựa chọn UHF trên phân tử vỏ mở. Ngoài ra nó cũng có thể dùng với những kiểu tính chộn lẫn. INDO có cùng ưu điểm về tốc độ và bộ nhớ của CNDO và ngoài ra chính xác hơn. Mặc dầu vậy, nó thích hợp với một số kết quả, nhưng nó mất một vài tính đơn giản và dễ hiểu của CNDO. III.2.5. Phương pháp MINDO/3 (Modified Intermediate Neglect of Differential Overlap) . MINDO/3 là phương pháp tốt nhất của Dewar. Nó có thể tính toán hình học và nhiệt hình thành chính xác hơn CNDO hoặc INDO, và được sử dụng rộng rãi. MINDO/3 dựa trên những hạn chế của việc gần đúng INDO, do đó mà có thể sử lý những phân tử chứa dị tố một cách chính xác. MINDO/3 đặc biệt tốt cho việc miêu tả các carbocation, và các hợp chất hữu cơ polynitro. Đối với những vấn đề này, nó cho những kết quả tốt hơn MNDO và AM1. Thậm chí các phương pháp này nhìn chung chính xác hơn. Trong báo cao Stewart, đối với tập hợp của 11 hợp chất nitro và polynitro hữu cơ có sai số trung bình trong nhiệt tạo thành là 3,5 kcal/mol đối với MINDO/3, so với 34,5 kcal/mol với MNDO hoặc 13,7 kcal/mol cho AM1. III.2.6. Phương pháp MNDO (Modified Neglect of Diatomic Overlap). MNDO là một phương pháp cải tiến một vài vấn đề của MINDO/3. Nó đã được sử dụng rất rộng rãi để tính nhiệt hình thành, hình học phân tử, momen lưỡng cực, năng lượng ion hoá, ái lực electron, và các tính chất khác Mặc dù AM1 nhìn chung là một sự cải thiện đầy ý nghĩa qua MNDO, song MNDO vẫn cho kết quả tốt hơn đối với một vài phân tử như là hợp chất phốt pho. III.2.7. Phương pháp MNDO/d (Modified Neglect of Diatomic Overlap for d) Phương pháp MNDO/d là chuyển đổi loại bỏ của sự xen phủ hai nguyên tử cho obitan d, là việc áp dụng phương pháp SCF đối với tính toán lượng tử bán thực nghiệm. Phương pháp là một sự mở rộng của MNDO. Đối với những nguyên tử không có obitan d, MNDO/d tương đương với MNDO. III.2.8. Phương pháp AM1 (Austin Model 1). Nhiều vấn đề với MNDO liên quan đến những trường hợp mà ở đó sự gần đúng NDO của tương tác đẩy electron-electron là quan trọng nhất. Phương pháp AM1 là một sự cải thiện qua MNDO, thậm chí nó sử dụng những sự gần đúng tương tự. Nó nhìn chung là phương pháp bán kinh nghiệm tốt nhất trong Hyperchem và là phương pháp hay được lựa chọn trong nhiều vấn đề nghiên cứu. Việc thay đổi một phần khung lý thyuết (hàm sóng mô tả giữa các tâm nguyên tử). Và ấn định những tham số nhằm cải thiện việc xử lý công việc của AM1. Nó liên quan với những liên kết hidro riêng biệt, đưa ra những dự đoán chính xác hoạt tính cản trở đối với nhiều phản ứng, và đưa ra nhiệt hình thành của những phân tử với sai một sai số mà nó nhỏ hơn 40% so với MNDO. III.2.9. Phương pháp PM3 (Parametric Model 3) . PM3 là một sự tham số hoá lại của AM1, mà nó được dựa trên sự gần đúng bỏ qua xen phủ vi phân hai nguyên tử NDDO. NDDO giữa lại tất cả các số hạng phủ vi phân một tâm khi tích phân Coulomb và tích phân trao đổi đã được tính. PM3 chỉ khác với AM1 trong các giá trị của các tham số. Những tham số đối với PM3 đã được rút ra bằng cách so sánh sự khác nhau rộng hơn lớn hơn của các trái ngược thực nghiệm đã tính ra các tính chất phân tử. Đặc biệt các tương tác không liên kết thì tương tác đẩy trong PM3 ít hơn trong AM1. PM3 được sử dụng chủ yếu cho các phân tử hữu cơ, nhưng ngoài ra nó cũng tham số hoá được cho nhiều nguyên tố nhóm chính và một vài kim loại chuyển tiếp. III.2.10. ZINDO/1. Phương pháp ZINDO/1 là phương pháp thích hợp nhất trong Hyperchem đối với việc khảo sát cấu trúc và năng lượng của các phân tử nhất hoặc thứ hai của dãy kim loại chuyển tiếp. Khả năng biểu diễn các tính toán MO trên kim loại là cực kì hữu ích bởi vì các phương pháp cơ học phân tử nhìn chung là không có khả năng xử lý các kim loại. Điều này do các kim loại có một phạm vi hoá trị, trạng thái oxi hoá, độ bội spin tương đối rộng, và có những trạng thái liên kết bất thường (vi dụ như liên kết dp-pp). Ngoài ra, bản chất của liên kết kim loại ít tuân theo sự giải thích bởi mô hình một quả cầu và lò xo. Ngược lại, những yếu tố này điều khiển quá trình tính toán MO trên các kim loại mà kết quả tạo ra kém tin cậy hơn các hợp chất hữu cơ. III.2.11. ZINDO/S. ZINDO/S được tham số hoá để tạo lại sự chuyển đổi quang phổ, vì vậy chúng ta không sử dụng phương pháp này để tối ưu hình học. Bạn có thể đạt được sự tính toán tốt hơn khi tính toán điểm đơn (Single point) với ZINDO/S trên một cấu trúc hình học đã nhận được từ Model Build hay một sự tối ưu sử dụng một phương pháp khác của Hyperchems, hoặc một phương pháp nào đó. Đối với phức kim loại chuyển tiếp với một vài sự xắp xếp spin có thể, một sự tính toán phân tách trong đó mỗi độ bội spin có thể đòi hỏi trạng thái cơ bản của phức. Khi tính phổ UV-VIS bạn nên tính toán đơn CI. Tính toán RHF hoặc UHF là đủ để tạo lại thứ tự riêng của các MO trong các phức tốt nhất. III.3. Hiệu quả sử dụng của các phương pháp tính gần đúng. Mỗi phương pháp áp dụng hiệu quả trên một số đối tượng và cho kết quả tốt về một số tính chất lượng tử. Việc lựa chọn phương pháp tối ưu để khảo sát đối tượng căn cứ vào các yếu tố sau : + Mức độ chính xác : Các phương pháp có thể cho các kết quả khác nhau về một số tính chất nào đó của phân tử. Phương pháp có độ tin cậy cao hơn khi nó cho kết quả phù hợp với thực nghiệm hơn. Ví dụ phương pháp AM1 và PM3 chính xác hơn CNDO. + Đối tượng cần tính toán: Phương pháp MINDO/3 áp dụng cho phân tử hữu cơ lớn, cation, hợp chất hữu cơ chứa nhiều nhóm nitrô; MNDO thích hợp với các phân tử hữu cơ có các nguyên tố của 1 và 2 của bảng hệ thống tuần hoàn, không tương tác hydrogen liên phân tử, AM1, và PM3 thích hợp với những phân tử hữu cơ có các nguyên tố của chu kì I , II (trừ kim loại chuyển tiếp với AM1), ZINDO/1, PM3 là phương pháp thích hợp nhất đối với việc xác định cấu trúc và năng lượng của phân tử của các kim loại chuyển tiếp (riêng PM3 chỉ thích hợp với một vài kim loại chuyển tiếp như Fe, Cu, Co,...) +Thời gian tính toán: Phương pháp Ab-initio chính xác hơn phương pháp bán kinh nghiệm song nó không áp dụng đối với phân tử lớn và vừa, vả lại đòi hỏi nhiều bộ nhớ và thời gian sử dụng CPU hơn nhiều. VI.Vài nét về các phần mềm hoá học hịên đại. VI.1. Hyperchem. Hyperchem là phần mềm đa chức năng với giao diện sinh động, kết hợp chặt chẽ giữa các phương pháp bán kinh nghiệm , AB-INTINO, molercular mechanic, có thể tính được tần số dao động, trạng thái chuyển tiếp, trạng thái kích thích , động lực học phân tử, và mô phỏng Monte Carlo. Các trường lực bao gồm MM+; OPLS; BIO+; và AMBER. Các thông số được tự động điều chỉnh. Các phương pháp bán kinh nghiệm bao gồm CNDO, INDO, MINDO/3, AM1, ZINDO/S, ZINDO/d. VI.2 .Chem3D Chem3D là chương trình hoá học lượng tử mô phỏng có thể chạy trên môi trường Windows 98 hoặc Window 2000. Dữ liệu đầu vào được lấy bằng phép đồ hoạ (Tương tự Hyperchem) thông qua chương trình Chem Draw. Trong quá trình tính toán chương trình tiến hành đồng thời cả tối ưu hoá cấu hình để xác định cấu dạng bền nhất tương ứng với lệnh của người sử dụng. Mô tả phân tử dưới dạng hình vẽ lập thể động và đưa ra các kết quả các thông số lượng tử của phân tử . VI.3. MOPAC. Mopac 6.0 có hệ thống gồm 73 từ khoá để người sử dụng lựa chọn tuỳ theo mục đích nghiên cứu với phân tử khảo sát . Dữ liệu đầu vào được lấy dưới dạng một khối văn bản, gồm từ khoá , tên của hệ khảo sát , các thông số về cấu trúc dưới dạng hệ toạ độ nội của phân tử . Ngoài ra dữ liệu dầu vào có thể lấy trực tiếp từ chương trình Chem3D. Kết quả được đưa ra dưới dạng ma trận hoặc các bảng về cấu trúc phân tử như độ dài liên kết Ao, góc liên kết , góc vặn , toạ độ nguyên tử theo toạ độ Descarts và các tính chất phân tử như mật độ electron , điện tích hiệu dụng ... phần hai: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu I. Đối tượng nghiên cứu. Năm dãy hợp chất hữu cơ với các nhóm thế khác nhau và tại các vị trí khác nhau: + Dãy 1,2,4-triazol ( T) : 6 phân tử. + Dãy piridin ( P) : 9 phân tử. + Dãy Hidrazol ( H) : 6 phân tử. + Dãy Quinolin ( Q) : 9 phân tử + Dãy Oxađiazol (A ) : 6 phân tử. Và dãy phức chất Fe(py)22+Cl2 ( được hình thành trên bề mặt kim loại Fe khi các phân tử chất ức chế ăn mòn hấp phụ trên bề mặt đó). Việc nghiên cứu thực nghiệm về khả năng ức chế ăn mòn được tiến hành cho dãy 1,2,4- triazol và dãy Oxađiazol. Xác định các thông số lượng tử được tiến hành cho cả 6 dãy chất trên. II. Phương pháp nghiên cứu . II.1. Đo tốc độ ăn mòn (Phương pháp điện hoá). * Cơ sở: Trạng thái tự nhiên của hệ ăn mòn là không có dòng điện do các qúa trình điện cực cân bằng với nhau ( về giá trị đại số nhưng trái dấu nhau ). Đo ăn mòn điện hoá tức là đo dòng điện icorr và thế điện cực Ecorr của hệ, tức là đo đường cong phân cực bằng cách phân cực hệ ra khỏi trạng thái cân bằng của nó rồi ngoại suy về trạng thái không có dòng điện. ở đây sử dụng phương pháp đo điện thế ổn định ( điện thế dừng), xây dựng đường cong phân cực, từ đường cong phân cực tính tốc độ ăn mòn. * Cách tính: Tính tốc độ ăn mòn từ đường cong phân cực theo hai cách: + Phương pháp ngoại suy Tafel: Bước 1: Đo thế nghỉ ( Xác định Ecorr). Bước 2: Phân cực anot, catot, xây dựng đường cong E-lgi. Bước 3: Ngoại suy một phần đường cong tìm icorr, Ecorr Chú ý: Đồ thị xây dựng được bằng ngoại suy trên đoạn thẳng nhất của đường cong trên một miền điện thế đủ dài ( 50- 100 mV), Epc-Ecorr 20 mV, thế rơi và phân cực nồng độ được hiệu chỉnh đến nhỏ nhất. Ngoại suy miền catot cho đồ thị Ucatot = ac + bc* logi Ngoại suy miền anot cho đồ thị Ua = ac + ba * logi Hai đường giao nhau tại điểm có tạo độ ( icorr, Ecorr). + Phương pháp điện trở phân cực: Xác định điện trở phân cực Rp của hệ ăn mòn, tức là độ dốc đường cong phân cực tại thế ổn định. Bước 1: Đo thế nghỉ ( Xác định Ecorr). Bước 2: Phân cực anot, catot, xây dựng đường cong E-i. Bước 3: Ngoại suy một phần đường cong tìm icorr, Ecorr. * cách tiến hành: Xử lí các điện cực sạch, lắp đặt hệ thống máy, vào chương trình Potentiadynamic. Vào lệnh Adj.zero đợi máy điều chỉnh về điểm không. Vào lệnh Autochecking Ur, máy đo thế nghỉ và cho kết quả hiện trên máy. Đặt các thông số khác. Theo dõi liên tục máy đo, sau 5' ghi lại giá trị thế nghỉ đến khi thấy giá trị thế nghỉ ổn định( 30') , tiến hành phân cực anot, catot, xây dựng đồ thị E-i và E- lgi, tiến hành ngoại suy, tính mật độ dòng ăn mòn và điện trở phân cực. Tính toán theo công thức (1) và (2). II.2. Tính toán theo cơ học lượng tử. Tính theo quy trình chung cho các phân tử . 1. Nhập dữ liệu đầu vào bằng cách vẽ sơ lược khung phân tử bằng Chem Draw. 2. Xác định cấu dạng, các thông số lượng tử của phân tử, các tính chất của phân tử bằng phương pháp tối ưu hoá (Chem3D). 3. Chạy Hyperchem để xác định mật độ điện tích trên các nguyên tử, momen lưỡng cực, thể tích nhóm thế, năng lượng tổng, năng lượng liên kết, nhiệt hình thành... 4. Chạy MoPac, lấy kết quả và so sánh các giá trị thu được từ các phương pháp trên. 5. Xử lí số liệu , vẽ đồ thị, tiến hành hồi quy tuyến tính trên Microsoft Excel. phần ba: Kết quả và thảo luận. I. Kết quả đo ức chế ăn mòn theo phương pháp điện hoá. Bảng 1: Kết quả đo ức chế ăn mòn cho hợp chất 1,2,4- triazol theo phương pháp điện hoá. Phương pháp ngoại suy Taffel Đo điện trở phân cực Chất Kí hiệu Thế nghỉ Ur icorr.102 Z%bv 10-3.Rp Z%bv HCl -0.43 3.34 4.87 T1 -0.38 1.25 62.57 14.2 65.70 T2 -0.42 0.74 77.84 21.6 77.45 T3 -0.42 0.36 89.07 72.3 93.26 T4 -0.38 0.39 88.32 53.6 90.91 T5 -0.37 0.41 87.72 38.0 87.18 T6 -0.39 0.95 71.56 18.7 73.96 Bảng 2: Kết quả đo ức chế ăn mòn cho hợp chất theo phương pháp điện hoá. Phương pháp ngoại suy Taffel Đo điện trở phân cực Chất Kí hiệu Thế nghỉ Ur icorr.10 Z% bv 0,1.Rp Z%bv HCl -0.95 7.404 3.984 A1 -0.92 4.408 40.47 7.053 43.52 A2 -0.91 4.050 45.30 7.762 48.67 A3 -0.92 4.000 45.98 7.835 49.15 A4 -0.92 2.197 70.33 14.05 71.66 A5 -0.93 2.485 66.44 10.20 60.95 A6 -0.91 6.620 10.59 4.510 11.67 Từ kết quả ở hai bảng 1 và 2 ta thấy: + Tất cả các chất thuộc hai dãy trên đều có khả năng ức chế ăn mòn với hiệu quả bảo vệ khá cao ( mặc dù hàm lượng chất ức chế rất nhỏ: 0.3 gam trong 1lit dung dịch HCl 1N ). + Hiệu suất bảo vệ thu được theo hai phương pháp trên tương đồng nhau, chứng tỏ kết quả thu được là hoàn toàn đủ độ tin cậy. Và vì vậy có thể sử dụng các kết quả đo trên để làm cơ sở cho các bước tính toán tiếp theo. II. Quan hệ giữa khả năng ức chế ăn mòn và giá trị năng lượng Delta. Bảng 3: Các thông số của dãy Hidrazol. Y Kí hiệu EHOMO( eV) ELUMO( eV) DELTA ( eV) Z% bv NH2 H1 -9.004157 -0.375358 -8.628799 69 CH3 H2 -8.93045 -0.312675 -8.617775 70 OH H3 -9.007043 -0.499072 -8.507971 66 Cl H4 -9.061312 -0.640198 -8.421114 63 Br H5 -9.066148 -0.677912 -8.388236 59 NO2 H6 -9.187815 -1.467859 -7.719956 56 Đồ thị 1: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Hidrazol. Bảng 4: Các thông số của dãy Quinolin Nhóm thế Kí hiệu EHOMO (eV) ELUMO (eV) DELTA (eV) Zbv (%) H Q1 -9.181257 -0.466682 -8.714575 59 2-CH3 Q2 -9.086826 -0.413607 -8.673219 86 3-NH2 Q3 -9.081061 -0.442296 -8.638765 94 3-Cl Q4 -9.297091 -0.704629 -8.592462 98 3-Br Q5 -9.344075 -0.757449 -8.586626 98 6-Cl Q6 -9.277637 -0.702699 -8.574938 82 8-CH3 Q7 -8.934209 -0.453547 -8.480662 82 8-OCH3 Q8 -9.016154 -0.564053 -8.452101 86 8-OH Q9 -8.761261 -0.454435 -8.306826 82 Đồ thị 2: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Quinolin. Bảng 5: Các thông số lượng tử của dãy Triazol Hợp chất EHOMO(eV) ELUMO (eV) DELTA (eV) Zbv (%) T1 -8.72325 0.53817 -9.26142 65.704 T2 -8.87000 -0.23915 -8.63083 77.454 T3 -8.79600 -1.74 -7.056 93.264 T4 -7.79275 0.08166 -8.00921 90.914 T5 -9.0682 -1.60541 -7.4628 87.184 T6 -8.7456 -1.34685 -7.3988 73.957 Đồ thị 3: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Triazol. Bảng 6: Các thông số lượng tử của dãy Piridin Nhóm thế Kí Hiệu EHOMO (eV) ELUMO (eV) DELTA (eV) Zbv (%) H P1 -9.93202 0.138345 -10.070365 13 2-CH3 P2 -9.6272 0.149925 -9.777125 19 3-CH3 P3 -9.63772 0.133412 -9.771132 14 2-Cl P4 -9.879054 -0.22961 -9.649444 28 2,4,6-(CH3)3 P5 -9.357102 0.237259 -9.594361 38 3-Br P6 -9.87489 -0.322184 -9.552706 86 3-CHO P7 -10.315195 -0.780877 -9.534318 77 2-OCH3 P8 -9.28786 0.198624 -9.486484 73 3-OH P9 -9.405603 0.074433 -9.480036 21 Đồ thị 4: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Piridin. Bảng 7: Các thông số lượng tử của dãy Oxađiazol Hợp chất EHOMO(eV) ELUMO (eV) DELTA (eV) Zbv (%) A1 -8.8449 -0.3778 -8.4671 40.47 A2 -8.5718 -0.4898 -8.0820 45.30 A3 -9.0164 -0.9788 -8.0376 45.98 A4 -8.0465 -0.2713 -7.7752 70.33 A5 -8.7914 -1.0819 -7.7095 66.44 A6 -8.2985 -0.7820 -7.5165 10.59 Đồ thị 5: Quan hệ giữa giá trị năng lượng Delta và khả năng ức chế ăn mòn kim loại của dãy Oxađiazol. Từ kết quả đưa ra trong các bảng trên ta thấy: - Khả năng ức chế ăn mòn của cả năm dãy chất được khảo sát đều có quan hệ chặt chẽ với giá trị năng lượng ( = EHOMO - ELUMO HOMO: Highest occupied molecular orbital; LUMO: Lowest unoccuoied molecular orbital). Khi tăng, Zbv tăng. Nhưng đến một giá trị giới hạn max , thì khi tăng, E lại giảm. + Với dãy Quinolin: max = -8.59 eV + Với dãy Hidrazol: max = -8.62 eV + Với dãy Triazol : max = -8.01 eV + Với dãy Piridin : max = -9.55 eV + Với dãy Oxađiazol: max = - 7.78 eV. - Sự chênh lệch năng lượng giữa năng lượng của obitan bị chiếm đầy cao nhất và obitan chưa bị chiếm thấp nhất có vai trò quy định khả năng phản ứng ( khả năng cho eletron ) của các hợp chất hữu cơ. Khi tăng về giá trị âm, tức giảm về trị tuyệt đối thì khả năng cho e của phân tử tăng lên. Và do vậy khả năng bị hấp phụ lên bề mặt kim loại tăng, đồng nghĩa với việc tăng khả năng ức chế. Tuy nhiên khi khả năng cho electron của một hợp chất quá cao, sẽ phản ứng với các chất khác nhau trong dung dịch ăn mòn, trước khi được hấp phụ trên bề mặt vật liệu. Do vậy mà khi tăng đến giá trị max, khả năng ức chế ăn mòn lại giảm. - Giá trị max ( tại đó khả năng ức chế ăn mòn là lớn nhất ), dao động trong khoảng từ (-7.78) đến (-8.62) eV. Các giá trị này không trùng nhau, là do kết quả về khă năng ức chế ăn mòn của các dãy chất khác nhau thu được trong các điều kiện thực nghiệm khác nhau về vật liệu làm điện cực; dung dịch ăn mòn và phương pháp đo. + Với dãy Quinolin: dd HNO3 3N ; Điện cực thép. + Với dãy Hidrazol: dd HNO3 1N ; Điện cực Cu. + Với dãy Triazol: dd HCl 1N ; Điện cực thép CT3. + Với dãy Piridin: dd HCl 3N ; Điện cực thép. + Với dãy : dd HCl 1N ; Điện cực Zn. - Trong một số trường hợp, kết quả thu được không đúng với quy luật trên, chứng tỏ chỉ với giá trị Delta, không đủ để giải thích và đưa ra một kết luận đầy đủ về khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất hữu cơ. Như vậy khả năng ức chế ăn mòn không những phụ thuộc vào giá trị năng lượng Delta mà còn phụ thuộc nhiều yếu tố khác. Để chứng minh nhận định trên, chúng ta tiếp tục tìm hiểu quan hệ giữa khả năng ức chế ăn mòn và các thông số lượng tử khác của phân tử chất ức chế cũng như của các phân tử phức hình thành trong quá trình hấp phụ chất ức chế lên bề mặt kim loại. III. Quan hệ giữa mật độ điện tích, số lượng trung tâm hút bám và khả năng ức chế ăn mòn. Bảng 8 : Quan hệ giữa mật độ điện tích và khả năng ức chế ăn mòn của dãy Hidrazol. Hợp chất KH SLTT hút bám Hằng số Xichma Zbv (%) Delta H1 3 -0.16 70 -8.617 H2 2 -0.07 69 -8.628 H3 3 -0.002 66 -8.507 H4 3 0.37 63 -8.421 H5 3 0.39 59 -8.388 H6 2 0.71 56 -7.719 Từ bảng 6 ta nhận thấy: - Có một sự phù hợp hoàn toàn giữa giá trị của mật độ điện tích tính theo lí thuyết lượng tử bằng phần mềm Hyperchem và giá trị hằng số thực nghiệm. Như vậy kết quả tính toán có độ tin cậy cao. - Khả năng ức chế ăn mòn phụ thuộc vào mật độ điện tích và số lượng trung tâm hút bám. Từ H1 đến H6, mật độ điện tích trên nhóm trung tâm giảm dần tương ứng với sự giảm dần của khả năng ức chế ăn mòn. - H2 và H6 đều chỉ có 2 trung tâm hút bám, nhưng nhóm - CH3 ( H2) đẩy e làm tăng mật độ điện tích của các nguyên tử trong vòng thơm. Nhóm NO2 ( H6) hút e làm giảm mật độ điện tích của các nguyên tử trung tâm hút bám. Do vậy mà khả năng ức chế ăn mòn của H2 > H6. Bảng 9: Quan hệ giữa mật độ điện tích và khả năng ức chế ăn mòn của dãy Quinolin. Hợp chất Kí hiệu SLTT hút bám DELTA (eV) Zbv ( %) Q1 1 -8.714575 59 Q6 1 -8.574938 82 Q7 2 -8.480662 82 Q9 2 -8.452101 82 Q8 2 -8.306826 86 Q2 1 -8.673219 86 Q3 2 -8.638765 94 Q4 2 -8.586626 98 Q5 2 -8.592462 98 Từ bảng 9 ta có: - ở Q4 và Q5, mật độ điện tích tập trung rất cao do vậy Z% bảo vệ lớn nhất. - Theo thứ tự Q1- Q6- Q7- Q9- Q4- Q5, mật độ điện tích và số lượng trung tâm hút bám lần lượt tăng vì vậy mà Z% bảo vệ cũng tăng lên. Bảng 10: Quan hệ giữa mật độ điện tích và khả năng ức chế ăn mòn của dãy Piridin. Hợp chất Kí hiệu SLTT hút bám Z% bv Delta ( eV) P1 1 13 -10.070365 P3 2 14 -9.771132 P2 2 19 -9.777125 P9 2 21 -9.480036 P4 2 28 -9.649444 P5 1 38 -9.594361 P8 2 73 -9.486484 P7 2 77 -9.534318 P6 2 86 -9.552706 -Từ bảng trên có thể giải thích trường hợp bất thường P3 theo bảng 7: Theo đó P3 có lớn hơn P2, nhưng khả năng ức chế ăn mòn của P3 lại nhỏ hơn P2. Ta thấy cả hai phân tử cùng có một trung tâm phản ứng, nhưng ở P3 mật độ điện tích tập trung cao hơn do vậy mà Z% bảo vệ lớn hơn. ở đây yếu tố mật độ điện tích giữ vai trò quyết định. -Các trường hợp hợp khác biến thiên theo đúng quy luật của . Bảng 11: Quan hệ giữa mật độ điện tích và khả năng ức chế ăn mòn của dãy Triazol. Hợp chất Kí hiệu SLTT hút bám Z% bv T1 2 65.70 T6 4 73.96 T2 5 77.45 T5 4 87.18 T4 6 90.91 T3 5 93.26 Nhận xét: + Các chất T4 và T3 có nguyên tử S với mật độ điện tích tập trung cao do vậy mà khả năng ức chế ăn mòn rất lớn + Theo thứ tự trên, khả năng ức chế ăn mòn tăng phù hợp với chiều tăng số lượng các trung tâm hút bám và mật độ điện tích trên các trung tâm này. + Các trường hợp đều phù hợp với quy luật biên thiên giá trị năng lượng Delta. Như vậy từ các kết quả thu được có thể khẳng định khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất hữu cơ có quan hệ chặt chẽ với cấu trúc phân tử hợp chất hữu cơ đó và được đặc trưng bởi các thông số lượng tử như: + Giá trị năng lượng EHOMO, ELUMO . + Thể tích phân tử và các nhóm thế. + Độ phân cực của phân tử. + Độ khúc xạ. + Momen lưỡng cực. + Diện tích các nhóm thế. + Mật độ điện tích.... ở đây xuất hiện một số câu hỏi cần giải quyết: 1. Có phải tất cả các thông số trên đều ảnh hưởng đến khả năng ức chế ăn mòn kim loại ? 2. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau có khác nhau không? 3. Phương trình định lượng mô tả quan hệ giữa các yếu tố lượng tử ảnh hưởng đến khả năng ức chế ăn mòn sẽ có dạng như thế nào? Và phần đóng góp của mỗi yếu tố là bao nhiêu? Để giải quyết các câu hỏi đặt ra, em tiến hành tính toán tất cả các thông số lượng tử có liên quan của tất cả các phân tử thuộc năm dãy hợp chất hữu cơ đã đề cập ở trên. Sau đó dùng phép hồi quy tuyến tính tiến hành hồi quy với 6091 phép toán ( thử cho tất cả các biến số), và đã tìm ra được 6 phương trình tuyến tính, của 5 dãy chất hữu cơ. Điều đáng nói là với cả năm dãy chất hữu cơ đều tìm được phương trình phụ thuộc tuyến tính giữa khả năng ức chế ăn mòn và 3 đại lượng: + Giá trị năng lượng EHOMO. + Giá trị ăng lượng ELUMO. + Momen lưỡng cực của phân tử. Các kết quả cụ thể được trình bày ở các bảng và đồ thị dưới đây! Bảng 12: Các thông số lượng tử của dãy Piridin. Kí hiệu Z%bv E HOMO (eV) E LUMO (eV) Momen (D) Độ phân cực ( A3) Độ khúc xạ (A3) Diện tích (A2) Thể tích (A3) P1 13 -9.93202 0.13835 1.974 9.725 27.386 231.593 317.635 P2 19 -9.6272 0.14993 1.776 11.56 33.173 260.967 372.954 P3 14 -9.63772 0.13341 2.102 11.56 31.668 258.061 370.726 P4 28 -9.87905 -0.2296 2.823 11.653 32.29 258.891 362.235 P5 38 -9.3571 0.23726 1.86 15.23 41.932 320.407 480.719 P6 86 -9.87489 -0.3222 1.775 12.351 34.921 265.766 380.073 P7 77 -10.3152 -0.7809 3.759 11.646 32.46 259.091 373.258 P8 73 -9.28786 0.19862 0.782 12.197 33.201 280.322 400.317 P9 21 -9.4056 0.07443 2.974 10.362 28.992 243.013 339.405 Bảng 13: Kết quả bài toán hồi quy tuyến tính một lớp xác định mức độ liên hệ giữa Z%bv và EHOMO, ELUMO, Momen lưõng cực. SUMMARY OUTPUT Regression Statistics Multiple R 0.98283516 R Square 0.965964952 Adjusted R Square 0.940438666 Standard Error 7.167698708 Observations 8 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 3 5832.496381 1944.165 37.84197 0.0021472 Residual 4 205.5036191 51.3759 Total 7 6038 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Intercept 1143.121699 230.0414252 4.969199 0.007656 504.42299 1781.8204 504.422987 1781.820411 X Variable 1 108.2984336 24.02302367 4.50811 0.010756 41.599689 174.99718 41.5996889 174.9971782 X Variable 2 -198.0247069 23.65063126 -8.37291 0.001113 -263.6895 -132.35989 -263.689522 -132.359891 X Variable 3 -28.85434486 4.158471607 -6.93869 0.002266 -40.40014 -17.308553 -40.4001369 -17.3085528 Từ bảng trên thu được phương trình hồi quy tuyến tính như sau: Z%bv = 108.298 EHOMO - 198.025 ELUMO - 28.9D + 1143.12 ( 1) Với hệ số tương quan R2 = 0,97. Và dưới đây là bảng và đồ thị so sánh giữa hiệu suất bảo vệ đo bằng thực nghiệm và hiệu suất bảo vệ tính theo công thức (1): Chất P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 Z%bv (tn) 13 19 14 28 38 86 77 73 21 Z%bv (lt) -16.84 19.58 12.3 37.25 29.11 86.27 72.2 75.37 23.96 Đồ thị 6: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết. Bảng 12: Các thông số lượng tử của dãy Hidrazol Kí hiệu Z%bv E HOMO (eV) E LUMO (eV) Momen (D) Độ phân cực ( A3) Độ khúc xạ (A3) Thể tích (A3) Diện tích (A2) N11 O13 Nhóm thế H2 69 -9.0042 -0.37536 6.09 29.958 77.951 823.503 508.424 -0.322195 -0.292 -0.32791 H1 70 -8.9305 -0.31268 6.244 30.442 78.292 826.938 495.285 -0.302038 -0.311 -0.18156 H3 66 -9.007 -0.49907 5.256 29.244 74.945 795.296 479.714 -0.301682 -0.306 -0.24497 H4 63 -9.0613 -0.6402 4.636 30.535 78.055 817.506 492.973 -0.300946 -0.309 -0.00487 H5 59 -9.0661 -0.67791 4.755 31.233 80.873 849.973 525.792 -0.320904 -0.291 0.065356 H6 56 -9.1878 -1.46786 3.417 30.574 80.575 848.971 524.054 -0.314196 -0.293 -0.13834 Phương trình hồi quy tuyến tính của dãy Hidrazol: Z%bv = 22.29 EHOMO - 2.92 ELUMO + 4.405 D + 241.2 ( 2). Với hệ số tương quan R2= 0.916 khá cao chứng tỏ phương trình trên có đủ độ tin cậy. Dưới đây là bảng và đồ thị so sánh giữa Hiệu suất bảo vệ thu được từ thực nghiệm và giá trị tính theo phương trình (2): Chất H1 H2 H3 H4 H5 H6 Z%bv (tn) 69 70 66 63 59 56 Z%bv (lt) 68.42 70.55 65.04 61.51 62.04 55.74 Đồ thị 7: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết. Ngoài ra còn tìm được phương trình hồi quy tuyến tính thứ hai giữa Hiệu suất bảo vệ và các giá trị mật độ điện tích: Z% (bv) = -1,16.103N11 - 1,513.103O13 - 2.137NT (3.) Với hệ số tương quan R2 = 0.95 Trong đó: O13; N11, NT lần lượt là mật độ điện tích trên nguyên tử O số 13; nguyên tử N số 11 và trên nhóm thế. Bảng và đồ thị so sánh: Chất H1 H2 H3 H4 H5 H6 Z%bv (tn) 69 70 66 63 59 56 Z%bv (lt) 68.94 70.79 64.25 63.36 57.96 57.69 Đồ thị 8: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết. Bảng 13: Các thông số lượng tử của dãy Quinolin. Kí hiệu Z%bv E HOMO (eV) E LUMO (eV) Momen (D) Độ phân cực ( A3) Độ khúc xạ (A3) Diện tích (A2) Thể tích (A3) Q1 59 -9.1813 -0.4667 1.878 15.907 46.858 298.534 446.936 Q2 86 -9.0868 -0.4136 1.648 17.742 51.334 329.786 501.68 Q3 94 -9.0811 -0.4423 2.856 17.258 50.483 319.255 482.195 Q4 98 -9.2971 -0.7046 1.904 17.835 51.649 323.235 491.066 Q5 98 -9.3441 -0.7574 2.043 18.533 54.467 332.093 509.77 Q6 82 -9.2776 -0.7027 1.692 17.835 51.574 323.867 490.04 Q7 82 -8.9342 -0.4535 1.508 17.742 51.14 323.447 495.99 Q8 86 -9.0162 -0.5641 1.931 18.379 53.233 339.457 521.71 Q9 82 -8.7613 -0.4544 2.324 16.544 48.463 308.029 467.214 Phương trình hồi quy tuyến tính của dãy Quinolin: Z%bv = -28.4822EHOMO - 8.147ELUMO + 6.157D - 185.944 (4) Với hệ số tương quan R2 = 0.98. Bảng và đồ thị so sánh: Chất Q2 Q3 Q4 Q5 Q7 Q8 Q9 Z%bv (tn) 86 94 98 98 82 86 82 Z%bv (lt) 86.39 93.9 96.32 98.95 81.5 87.34 81.61 Đồ thị 9: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết. Bảng 14: Các thông số lượng tử dãy Oxaddiazol Kí hiệu Z%bv E HOMO (eV) E LUMO (eV) Momen (D) Độ phân cực ( A3) Độ khúc xạ (A3) Thể tích (A3) Diện tích (A2) A1 40.46461 -8.933779 -0.559275 4.428 26.135 67.745 725.325 453.353 A2 45.29984 -9.139439 -0.855293 3.189 25.495 64.942 687.405 432.763 A3 45.97515 -8.958056 -0.945452 2.82 29.613 77.23 815.187 509.132 A4 70.33171 -8.564704 -0.599046 4.541 31.156 82.173 848.381 522.906 A5 66.4376 -8.585712 -0.663963 4.415 30.516 79.37 820.129 500.526 A6 10.58887 -8.034142 -0.301974 4.284 31.156 82.173 860.261 531.73 Phương trình hồi quy tuyến tính của dãy Oxaddiazol: Z% bv = 24.09 EHOMO - 887.4 ELUMO + 41.71 D - 30.98 (5) Với hệ số tương quan R2 = 0.97. Bảng và đồ thị so sánh: Chất A1 A2 A3 A4 A5 A6 Z%bv (tn) 40.5 45.3 46 70.3 66.4 10.6 Z%bv (lt) 43.3 42.1 48 64.3 70.7 10.7 Đồ thị 10: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết. Bảng14: Các thông số lượng tử của dãy Triazol. Kí hiệu Z%bv E HOMO(eV) E LUMO(eV) Momen (D) Độ phân cực ( A3) Độ khúc xạ (A3) Diện tích (A2) Thể tích (A3) T1 65.704 -8.72325 0.53817 1.564 18.856 48.503 365.546 564.774 T2 77.454 -8.86998 -0.2392 3.696 47.449 122.279 715.796 1230.632 T3 93.264 -8.796 -1.74 3.923 29.54 75.846 511.311 809.15 T4 90.914 -7.92755 0.08166 4.629 39.126 99.175 617.765 1023.83 T5 87.184 -9.06821 -1.6054 6.075 42.459 111.793 673.393 1121.13 T6 73.957 -8.74564 -1.3469 10.594 12.459 111.793 658.243 1106.16 Phương trình hồi quy tuyến tính của dãy Triazol. Z% bv = 23.84 EHOMO - 14.75 ELUMO - 2.26 D + 289.44 (6) Với hệ số tương quan R2 = 0.87 Các bảng và đồ thị so sánh: Chất T1 T2 T3 T4 T5 T6 Z%bv (tn) 65.7 77.5 93.3 90.9 87.1 74 Z%bv (lt) 70 73.1 96.5 88.8 83.2 76.8 Đồ thị 11: Quan hệ giữa Hiệu suất bảo vệ (Z%bv) theo thực nghiệm và theo tính toán lí thuyết. Như vậy, sau khi tính toán các thông số lượng tử của 36 phân tử bao gồm 5 dãy hợp chất hữu cơ, sau đó tiến hành hồi quy tuyến tính, thu được các kết quả sau: + Tính được 6 phương trình biểu thị sự phụ thuộc tuyến tính của khả năng ức chế ăn mòn với các thông số lượng tử của phân tử các chất hữu cơ: Dãy Piridin: Z%bv = 108.3 EHOMO - 198.03 ELUMO - 28.9D + 1143.12 ( 1) Dãy Hidrazol: Z%bv = 22.29 EHOMO - 2.92 ELUMO + 4.41 D + 241.2 ( 2) Z% (bv) = -1,16.103.N11 - 1,51.103.O13 - 2.14.NT (3.) Dãy Quinolin: Z%bv = -28.48EHOMO - 8.15ELUMO + 6.16D - 185.9 (4) Dãy Oxađiazol: Z% bv = 24.09 EHOMO - 887.4 ELUMO + 41.71 D - 30.98 (5) Dãy Triazol: Z% bv = 23.84 EHOMO - 14.75 ELUMO - 2.26 D + 289.44 (6) + Cả 6 phương trình trên đều có hệ số tương quan R2 cao: Dãy Piridin R2 = 0,97 Dãy Quinolin R2 = 0.98 Dãy Hidrazol R2 =0.92 Dãy Oxađiazol R2 = 0.97 R2 = 0.95 Dãy Triazol R2 = 0.87 Đồng nghĩa với độ tin cậy của các phương trình cũng rất cao. Giá trị Z%bv tính bằng lí thuyết theo 6 phương trình trên xấp xỉ với các giá trị đo được bằng thực nghiệm. + Như vậy có thể khẳng định khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất hữu cơ phụ thuộc vào cấu trúc của phân tử các chất hữu cơ đó, cụ thể là phụ thuộc vào các đại lượng như: Giá trị năng lượng, mật độ điện tích, momen lưỡng cực... Tuy nhiên theo cơ chế của qúa trình ức chế ăn mòn, khi phân tử chất ức chế hấp phụ trên bề mặt của kim loại, sẽ sinh ra các phức. Vấn đề đặt ra là các sản phẩm hấp phụ đó có cấu trúc như thế nào và liệu độ bền của các phức có ảnh hưởng đến khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất hữu cơ hay không? + Theo kết quả nghiên cứu của nhóm các tác giả (17). Trong trường hợp dùng chất ức chế là Piridin ức chế ăn mòn kim loại Fe, trong môi trường HCl sản phẩm sinh ra khi phân tử chất ức chế hấp phụ trên bề mặt kim loại là phức có cấu tạo như sau: Từ kết quả nghiên cứu trên, tiến hành khảo sát độ bền của các phân tử phức hình thành khi dùng các chất thuộc dãy Piridin để ức chế ăn mòn kim loại Fe. Độ bền của các phức chất đặc trưng bằng các đại lượng như: Nhiệt hình thành, năng lượng tổng, năng lượng liên kết... Các số liệu được trình bày trong bảng sau: Bảng 15: Các thông số của các phức với phối tử là dãy các Piridin. KH phối tử Z%bv Năng lượng tổng (Kcal/mol) Năng lượng liên kết (Kcal/mol) Nhiệt hình thành (Kcal/mol) P1 13 -50136.3076 -2201.1135 354.1065 P2 19 -57145.07154 -2873.8215 231.586 P3 14 -57042.1065 -2770.85649 334.5515 P4 28 -64109.6303 -2239.9652 269.0308 P6 86 -65711.2235 -2119.1323 385.3637 P7 77 -69126.6612 -2716.2852 299.8328 P8 73 -70779.0398 -3162.7581 61.7679 P9 21 -63691.5433 -2411.3174 263.0206 Đồ thị 12: Quan hệ giữa khả năng ức chế ăn mòn và tổng năng lượng của dãy phức chất với phối tử lầnlượt là các chất hữu cơ thuộc dãy Piridin Theo đồ thị trên, khi độ bền của phức chất giảm ( tổng năng lượng tăng) thì Z%bv ban đầu tăng nhưng sau đó giảm mạnh. Điều này chứng tỏ khả năng ức chế ăn mòn không những phụ thuộc vào cấu trúc các chất ức chế mà còn phụ thuộc vào cấu trúc phân tử các phức hình thành trên bề mặt kim loại. Và đầu tiên là phụ thuộc vào độ bền của phức chất. Tuy nhiên theo đồ thị thì chỉ với một vài giá trị năng lượng (đặc trưng cho độ bền), chưa thể giải thích đầy đủ quy luật biến thiên của khả năng ức chế ăn mòn. Cần phải dựa vào nhiều thông số cấu trúc hơn nữa. Tuy nhiên trong khuôn khổ luận văn này, vì thời gian có hạn nên em không thể tiếp tục nghiên cứu sự ảnh hưởng của cấu trúc các phân tử phức chất đối với khả năng ức chế ăn mòn kim loại của các hợp chất hữu cơ. Em rất mong được sự quan tâm, góp ý và tạo điều kiện của các thầy cô để đề tài được tiếp tục và thu được nhiều kết quả có ý nghĩa hơn nữa! phần ba: kết luận Sau một thời gian nghiên cứu lí thuyết, làm thực nghiệm nghiên cứu ăn mòn điện hoá thép CT3 và Zn trong môi trường HCl 1N với các chất ức chế là các phân tử hợp chất hữu cơ thuộc dãy Triazol và dãy Oxađiazol bằng phương pháp điện hoá. Sau đó nghiên cứu tất cả các thông số lượng tử của các phân tử hợp chất, bằng các phương pháp bán kinh nghiệm của Hoá học lượng tử với các phần mềm hoá học hiện đại. Xử lí số liệu, vẽ dồ thị, hồi quy tuyến tính và đã thu được một số kết quả sau: 1. Nghiên cứu ăn mòn kim loại trong môi trường HCl 1N cho 2 dãy chất Triazol và Oxađiazol theo phương pháp điện hoá bằng cả hai cách: + Phương pháp ngoại suy Tafel + Phương pháp điện trở phân cực Cả hai phương pháp đều cho các kết quả tốt và tương đồng nhau. Các chất đêù có khả năng ức chế ăn mòn, với hiệu quả bảo vệ cao, mặc dù hàm lượng chất ức chế rất nhỏ. 2. Đã tính toán được 6 dãy chất gồm 42 phân tử (bao gồm 5 dãy hợp chất hữu cơ và 1 dãy phức) về các thông số lượng tử như : Năng lượng; mật độ điện tích; momen lưỡng cực; độ phân cực; độ khúc xạ; thể tích phân tử; nhiệt hình thành; năng lượng tổng; 3. Rút ra quy luật ảnh hưởng giữa giá trị năng lượng = EHOMO - ELUMO; số lượng các trung tâm hút bám và mật độ điện tích tại các trung tâm với khả năng ức chế ăn mòn. 4. Tìm ra 6 phương trình định lượng cho 5 dãy chất thể hiện sự phụ thuộc của khả năng ức chế ăn mòn vào các thông số lượng tử như: Năng lượng, momen lưỡng cực, mật độ điện tích. Các phương trình hoàn toàn đủ độ tin cậy. 5. Khảo sát cấu trúc phân tử của phức chất được hình thành khi chất ức chế hấp phụ trên bề mặt kim loại. 6. Rút ra sự phụ thuộc giữa độ bền của phức sinh ra và khả năng ức chế ăn mòn kim loại, cùng với phương trình định lượng. 7. Các phương trình định lượng và những mối quan hệ trên có vai trò to lớn , giúp ích cho các nhà nghiên cứu thực nghiệm trong việc tìm, phối hợp và tổng hợp những chất có khả năng ức chế ăn mòn cao. Đây có thể nói là một đề tài mới ở Việt Nam, do vậy gây ra không ít khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu. Mặc dù vậy, do được sự hướng dẫn nhiệt tình của Thâỳ giáo TS. Phan Quang Thái , các thầy cô trong tổ Hoá Lí khoa Hoá Học- Đại học Sư Phạm Hà Nội cùng các thầy cô giáo, bạn bè trong và ngoài trường ...Em đã hoàn thành luận văn với những kết quả tốt đẹp. Tuy nhiên cũng không tránh khỏi nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự quan tâm góp ý của các Thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn! tài liệu tham khảo 1. Trần Hiệp Hải Một số phản ứng điện hóa và ứng dụng. NXBGD- 2002. 2. Trần Hiệp Hải - Hoàng Văn Hùng Tuyển tập báo cáo toàn văn hội nghị chuyên ngành Điện hóa và ứng dụng ( tr.31). Hà Nội - 2001. 3 Nguyễn Đình Huề , Nguyễn Đức Chuy. Thuyết lượng tử về nguyên tử và phân tử. 4. Trần Thành Huế Cấu tạo chất. NXBGD. 2001. 5. Nguyễn Đình Phổ Ăn mòn và bảo vệ kim loại. - ĐH Bách Khoa - TPHCM. 6. Lâm Ngọc Thiềm , Phan Quang Thái: Giáo trình hoá học lượng tử cơ sở . NXB khoa học và Kỹ Thuật 7. Phan Quang Thái Nghiên cứu cấu trúc phân tử của một số hợp chất hữu cơ có chứa dị tố L.A . PTS Khoa Học ,HN 1995. 8. Đào Đình Thức Nguyên tử và liên kết hoá học - NXB KHKT. 2001 9. Nguyễn Văn Tuế Hoá Lí- Tập IV- Điện Hoá học. NXBGD . 1999. 10. David. C. Young Computational Chemistry- USA. 1993. 11. Lowe.J. P. Quantum Chemistry .USA. 1993. 12. Joarnal : Corrosion Testing and evaluation - 2001. 13. Mopac manual: A general molecular orbital package IBM - PC version. Norman E.Heimer. Swanson and James. USA. 1997. 14. Hyperchem release 2 for Window. 1992. 15. Hyperchem Computational Chemistry - Canada - 1996. 16. Hyperchem Realease 5.0 for Window- 1996 - Canada. 17. Joanne. Holland. Judith A....Jounal Chemistry. 2002. 18. Các trang Web về hoá học. Mục lục Lời mở đầu 1 Phần một: Tổng quan 2 Chương 1: Ăn mòn và bảo vệ ăn mòn kim loại 2 I. Ăn mòn kim loại 2 1.1. Định nghĩa 2 1.2. Phân loại 2 1.3. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ăn mòn kim loại 2 II. Bảo vệ kim loại - các biện pháp chống ăn mòn điện hoá 3 II.1. Nguyên tắc 3 II.2. Các phương pháp chống ăn mòn điện hoá 4 II.2.1. Dùng chất ức chế 4 II.2.2. Bảo vệ điện hoá 5 II.2.3. Bao phủ bảo vệ 5 Chương 2: Cơ sở lý thuyết các phương pháp hoá học lượng tử 6 I. Cơ sở của phương pháp MO 6 II. Cơ sở của các phương pháp lý thuyết cho hệ nhiều electron 6 II.1. Phương pháp trường tự hợp của Hartree - Fock 6 II.2. Phương pháp Roothaan 7 III. Giới thiệu các phương pháp tính gần đúng 7 III.1. Phương pháp Ab-initio hay phương pháp không kinh nghiệm 8 III.2. Các phương pháp bán kinh nghiệm 8 III.3. Hiệu quả sử dụng các phương pháp gần đúng 12 IV. Vài nét về các phần mềm hoá học hiện đại 12 IV.1. Hyperchem 12 IV.2. Chem3D 13 IV.3. MOPAC 13 Phần hai: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 14 I. Đối tượng nghiên cứu 14 II. Phương pháp nghiên cứu 14 II.1. Đo tốc độ ăn mòn 14 II.2. Tính toán theo cơ học lượng tử 16 Phần ba: Kết quả và thảo luận 17 I. Kết quả đo ức chế ăn mòn theo phương pháp điện hoá 17 II. Quan hệ giữa khả năng ức chế ăn mòn và giá trị năng lượng 20 III. Quan hệ giữa mật độ điện tích, số lượng trung tâm hút bám và khả năng ức chế ăn mòn 26 Phần bốn: Kết luận 48 Tài liệu tham khảo 49 Phụ lục Các kết quả chạy Hyperchem cho phân tử H1. HyperChem log start -- Thu May 29 16:48:29 2003. UHF Calculation: Singlet state calculation Number of electrons = 102 in which Number of Alpha Electrons = 51 Number of Beta Electrons = 51 Charge on the System = 0 Total Orbitals = 95 ENERGIES AND GRADIENT Total Energy = -78110.9608837 (kcal/mol) Total Energy = -124.475254231 (a.u.) Binding Energy = -3794.4900397 (kcal/mol) Isolated Atomic Energy = -74316.4708440 (kcal/mol) Electronic Energy = -487693.9899106 (kcal/mol) Core-Core Interaction = 409583.0290269 (kcal/mol) Heat of Formation = 8.5079603 (kcal/mol) Gradient = 1.2556991 (kcal/mol/Ang) Dipole (Debyes) x y z Total Point-Chg. -2.788 -2.915 -1.220 4.214 sp Hybrid -1.271 -1.441 -0.063 1.923 pd Hybrid 0.000 0.000 0.000 0.000 Sum -4.059 -4.356 -1.283 6.090 HyperChem log stop -- Thu May 29 16:49:13 2003. QSAR Properties: calculation on 05-29-2003, at 13:12:26. Polarizability calculation for (untitled). Polarizability of molecule 1 = 29.958 QSAR Properties: calculation on 05-29-2003, at 13:12:16. Refractivity calculation for (untitled). Refractivity of molecule 1 = 77.951 QSAR Properties: calculation on 05-29-2003, at 16:49:38. Surface Area (Grid) calculation for H1.zmt. Surface Area (Grid) of molecule 1 = 508.424 QSAR Properties: calculation on 05-29-2003, at 13:12:02. Volume calculation for (untitled). Volume of molecule 1 = 823.503 Các kết quả chạy Hyperchem cho phân tử phức Fe (Py)22+ HyperChem log start -- Mon Jun 02 13:44:48 2003. Geometry optimization, SemiEmpirical, molecule = (untitled). PM3 PolakRibiere optimizer Convergence limit = 0.0100000 Iteration limit = 10000 Accelerate convergence = YES Optimization algorithm = Polak-Ribiere Criterion of RMS gradient = 0.0000 kcal/(A mol) Maximum cycles = 855 RHF Calculation: Singlet state calculation Number of electrons = 150 Number of Double Occupied Levels = 75 Charge on the System = 2 Total Orbitals = 149 ENERGIES AND GRADIENT Total Energy = -102613.0198101 (kcal/mol) Total Energy = -163.520990956 (a.u.) Binding Energy = -6070.7261421 (kcal/mol) Isolated Atomic Energy = -96542.2936680 (kcal/mol) Electronic Energy = -1010306.5626158 (kcal/mol) Core-Core Interaction = 907693.5428056 (kcal/mol) Heat of Formation = 40.7898579 (kcal/mol) Gradient = 0.0075039 (kcal/mol/Ang) NET CHARGES AND COORDINATES Atom Z Charge Coordinates(Angstrom) Mass x y z 7 26 -0.498154 -0.61391 0.06050 -0.06332 55.84700 2 6 -0.235217 -3.37969 -0.28977 -0.30674 12.01100 3 6 -0.048630 -4.58663 -0.97935 -0.26562 12.01100 4 6 -0.030199 -4.57082 -2.36205 -0.04758 12.01100 5 6 -0.051415 -3.36130 -3.02897 0.13330 12.01100 6 6 -0.159381 -2.16916 -2.29488 0.09565 12.01100 1 7 0.388958 -2.20633 -0.95773 -0.13504 14.00700 8 7 0.396863 0.75420 1.37162 -0.02785 14.00700 9 6 -0.179946 0.23800 2.64085 -0.05689 12.01100 10 6 -0.030935 2.47006 3.52010 -0.26515 12.01100 11 6 -0.050260 2.97281 2.21957 -0.24834 12.01100 12 6 -0.227534 2.08238 1.15134 -0.13600 12.01100 13 7 0.397686 -0.66816 0.08841 -1.96933 14.00700 14 6 -0.235324 -1.58784 0.83902 -2.63507 12.01100 15 6 -0.049208 -1.59298 0.91149 -4.02432 12.01100 16 6 -0.026917 -0.63603 0.19379 -4.74584 12.01100 17 6 -0.055161 0.29518 -0.58321 -4.06322 12.01100 18 6 -0.171421 0.26210 -0.62459 -2.66355 12.01100 19 6 -0.047026 1.09294 3.73763 -0.17372 12.01100 20 6 -0.111351 -0.81406 -2.86185 0.29707 12.01100 21 6 -0.243270 -1.73111 0.67236 2.42244 12.01100 22 6 -0.047904 -1.91053 0.66803 3.80000 12.01100 23 6 -0.027322 -0.95982 0.03551 4.60700 12.01100 24 6 -0.059500 0.13898 -0.57361 4.01387 12.01100 25 6 -0.167790 0.27724 -0.54950 2.61715 12.01100 26 7 0.406615 -0.65006 0.07341 1.84082 14.00700 43 6 -0.103100 1.20570 -1.45165 -1.87527 12.01100 44 6 -0.091655 -1.24276 2.74922 0.08091 12.01100 53 6 -0.110136 1.43450 -1.19719 1.95473 12.01100 30 1 0.151961 -3.33221 -4.11355 0.30625 1.00800 31 1 0.149713 3.15534 4.37516 -0.35217 1.00800 32 1 0.150092 4.05182 2.03039 -0.32435 1.00800 33 1 0.148937 -2.34268 1.52523 -4.54119 1.00800 34 1 0.149997 -0.62122 0.23987 -5.84387 1.00800 35 1 0.150809 1.05336 -1.16369 -4.60720 1.00800 36 1 0.149991 0.68345 4.75725 -0.19234 1.00800 37 1 0.096061 0.01406 -2.11579 0.17269 1.00800 38 1 0.085778 -0.71546 -3.28738 1.30714 1.00800 39 1 0.090210 -0.62202 -3.67787 -0.41616 1.00800 40 1 0.148209 -2.78646 1.15898 4.24440 1.00800 41 1 0.150085 -1.08068 0.02288 5.69931 1.00800 42 1 0.150997 0.90284 -1.07633 4.62368 1.00800 27 1 0.153100 -3.25695 0.79781 -0.50518 1.00800 28 1 0.149075 -5.53555 -0.44520 -0.40656 1.00800 45 1 0.160588 2.35826 0.07809 -0.12068 1.00800 46 1 0.153757 -2.32590 1.35979 -1.99283 1.00800 47 1 0.089791 2.23764 -1.32414 -2.23631 1.00800 48 1 0.084662 1.20703 -1.21614 -0.78540 1.00800 49 1 0.088302 0.95890 -2.51990 -1.98371 1.00800 50 1 0.080985 -1.54051 2.65803 1.14006 1.00800 51 1 0.094591 -1.60067 3.72511 -0.27882 1.00800 52 1 0.079780 -1.83547 1.97527 -0.47158 1.00800 29 1 0.149755 -5.51634 -2.92218 -0.01974 1.00800 54 1 0.156060 -2.42201 1.18398 1.72591 1.00800 55 1 0.089764 1.50087 -2.25841 2.24095 1.00800 56 1 0.076713 1.37751 -1.15273 0.84521 1.00800 57 1 0.088871 2.37728 -0.72233 2.26572 1.00800 Dipole (Debyes) x y z Total Point-Chg. -0.157 0.226 -0.115 0.298 sp Hybrid -0.157 0.042 -0.030 0.166 pd Hybrid -0.046 0.062 -0.005 0.078 Sum -0.360 0.331 -0.149 0.511 HyperChem log stop -- Mon Jun 02 14:54:16 2003. Phụ lục 1: Bảng hồi quy tuyến tính của dãy Oxađiazol. SUMMARY OUTPUT Regression Statistics Multiple R 0.9831601 R Square 0.9666038 Adjusted R Square 0.9165096 Standard Error 6.1880677 Observations 6 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 3 2216.623454 738.8745 19.2957 0.049674 Residual 2 76.58436305 38.29218 Total 5 2293.207817 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Intercept -30.97906 100.8473756 -0.30719 0.787735 -464.891 402.9325 -464.8906 402.9324791 X Variable 1 24.092739 13.26506106 1.816255 0.210979 -32.9823 81.16773 -32.982251 81.16773039 X Variable 2 -187.3791 30.51375672 -6.14081 0.025508 -318.669 -56.08896 -318.66934 -56.08895745 X Variable 3 41.708445 6.278641892 6.642909 0.021919 14.69361 68.72328 14.6936108 68.72327972 Phụ lục 2: Bảng hồi quy tuyến tính của dãy Quinolin. SUMMARY OUTPUT Regression Statistics Multiple R 0.9898867 R Square 0.9798757 Adjusted R Square 0.9597515 Standard Error 1.4226475 Observations 7 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 3 295.6425082 98.5475 48.69126 0.004817 Residual 3 6.071777508 2.023926 Total 6 301.7142857 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Intercept -185.9437 39.08908284 -4.75692 0.017635 -310.343 -61.5446 -310.34269 -61.5446392 X Variable 1 -28.48219 4.599728516 -6.19215 0.008484 -43.1206 -13.8438 -43.120595 -13.8437891 X Variable 2 -8.147233 6.697314481 -1.21649 0.310776 -29.4611 13.16663 -29.461097 13.1666307 X Variable 3 6.1572666 1.296719153 4.748342 0.017722 2.030524 10.28401 2.03052366 10.2840096 Phụ lục 3: Bảng hồi quy tuyến tính của dãy Hidrazol SUMMARY OUTPUT Regression Statistics Multiple R 0.9568702 R Square 0.9156006 Adjusted R Square 0.7890014 Standard Error 2.5561539 Observations 6 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 3 141.76549 47.25516 7.232281 0.123889 Residual 2 13.067845 6.533923 Total 5 154.83333 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Intercept 241.16915 513.06276 0.470058 0.684586 -1966.36 2448.7016 -1966.3633 2448.70158 X Variable 1 22.292322 55.716428 0.400103 0.727769 -217.436 262.02093 -217.43629 262.02093 X Variable 2 -2.9201483 9.4792567 -0.30806 0.787162 -43.7061 37.86583 -43.706126 37.8658299 X Variable 3 4.4047625 3.9845275 1.105467 0.384144 -12.7393 21.548812 -12.739287 21.5488123 Phụ lục 4: Bảng hồi quy tuyến tính của dãy Hidrazol SUMMARY OUTPUT Regression Statistics Multiple R 0.97470082 R Square 0.95004168 Adjusted R Square 0.87510421 Standard Error 1.96662308 Observations 6 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 3 147.0981207 49.03271 12.67779 0.073994 Residual 2 7.735212654 3.867606 Total 5 154.8333333 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Intercept -753.40907 202.5199922 -3.72017 0.065262 -1624.783 117.9647 -1624.7829 117.964733 X Variable 1 -1159.0103 319.792142 -3.62426 0.068411 -2534.966 216.9451 -2534.9658 216.945149 X Variable 2 -1513.3526 350.6679146 -4.31563 0.049722 -3022.156 -4.54929 -3022.1559 -4.5492903 X Variable 3 -21.365801 5.99825033 -3.56201 0.070574 -47.17421 4.442605 -47.174207 4.44260492 Phụ lục 5: Bảng hồi quy tuyến tính của dãy Triazol SUMMARY OUTPUT Regression Statistics Multiple R 0.9318835 R Square 0.8684069 Adjusted R Square 0.6710173 Standard Error 6.188489 Observations 6 ANOVA df SS MS F Significance F Regression 3 505.4631483 168.4877 4.399456 0.190746 Residual 2 76.59479253 38.2974 Total 5 582.0579408 Coefficients Standard Error t Stat P-value Lower 95% Upper 95% Lower 95.0% Upper 95.0% Intercept 289.43834 74.29331769 3.895887 0.060015 -30.22023 609.0969 -30.22023 609.0969072 X Variable 1 23.840192 8.529465393 2.795039 0.107715 -12.85916 60.53955 -12.859161 60.5395451 X Variable 2 -14.75168 4.236799981 -3.481797 0.073509 -32.98117 3.477813 -32.98117 3.477813396 X Variable 3 -2.262121 1.154666022 -1.959113 0.189183 -7.230252 2.706009 -7.2302516 2.706009181