Kalcium ion szolvátok és komplexek oldatkémiai vizsgálata
Title in English
Solution chemistry study of the solvation and complexation of calcium ion
Panel
Chemistry 1
Department or equivalent
CRC HAS Institute of Structural Chemistry (Chemical Research Center of the HAS)
Participants
Bakó, Imre Megyes, Tünde Júlia
Starting date
2003-01-01
Closing date
2005-12-31
Funding (in million HUF)
2.394
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
A kálcium ion kiterjedt biológiai és környezeti szerepe és ipari fontossága miatt az egyik legsűrűbben tanulmányozott ion. Kutatási témánkban a kálcium oldatbeli viselkedését, szerkezetalakító hatását több kutatási módszer (röntgen- és neutrondiffrakció, tömegspektrométer, EXAFS, molekuláris dinamikai szimuláció, ab initio számítások) együttes alkalmazásával, a módszerek szinergiáját kihasználva vizsgáltuk. A kiválasztott oldószerek, az oldott kálciumvegyületek, a nagy koncentrációk, a komplexképződés szerkezeti vizsgálata mind újszerű, és a nagynyomású vizsgálatra még egyáltalán nem volt példa.
Az eredetileg kitűzött tervet – minimális módosítással - sikerrel hajtottuk végre. Ennek megfelelően az elkészített, rangos nemzetközi folyóiratokba beküldött és megjelent publikációnk száma (8 cikk, 5 előadás) és minősége is tükrözi az elvégzett munkát.
Méréseink és elméleti számításaink egybehangzóan igazolják, hogy a kálciumion körüli rövidtávú szerkezetre az anionnak és a vizsgált oidat koncentrációjának van hatása. Habár jelentős mértékű komplexképződést nem, de ionpár képződést igazoltunk. Ez utóbbi a CaCl2 vizes oldatában a legnagyobb, a sók koncentrációjával nő. A szolvátok szerkezete torzul a nagyobb töménységnél, az ionpárképződés azonban nem megy túl azon, hogy 1, esetleg két ligandum belép a szolvát szerkezetébe. Ez ráadásul koncentrációfüggő is, de a nyomástól láthatóan nem függ a 2000 bar alatti tartomámyban.
Results in English
Calcium is one of the most frequently studied ions due to its biological and environmental role as well as of indutrial importance. The present research targeted the chemical behaviour and structure forming ability of Calcium ion by applying several investigating methods: X-Ray and neutron diffraction, mass spectrometry, EXAFS, molecular dynamics simulation, ab initio calculations based on the synergism of the methods. The selected solvents, solutes, high concentrations, structural studies on complex formation are all new topics in solution chemistry, and high pressures studies are completeley unknown in literature. The original research plan has been performed successfully, with only minor modifications. All publications has been prepared at high quality and sent to prestigeous international journals (8 original papers, 5 lectures).
Our calculations and measurements verify that the local structure around Calcium ion is influenced by the anion and concentration of the investigated solution. Although significant complex formation has not been observed, ion pair formation could be detected, the extent of which is highest in aqueous solution of CaCl2 and increases by increasing concentration. Structure of solvates is distorted with increasing concentration, but the ion pair formation does not exceed the penetration of one or two ligands to the solvate structure. This phenomenon is depending on concentration, but there is no visible dependence on the pressure up to 2000 bar.
Megyes, T., Bakó, I., Radnai, T., Grósz, T.; Kosztolányi, T.: Solvation of calcium ion in methanol: Comparison of Diffraction Study and Molecular Dynamics Simulation, Chem. Phys., submitted, 2006
Megyes, T.; Grósz, T.; Radnai, T.; Bakó, I.; Pálinkás, G.: Solvation of Calcium Ion in Polar Solvents: an X-ray Diffraction and Ab Initio Study, J. Phys. Chem. A. 108, 7261, 2004
Schlosser, G., Megyes, T., Bakó, I., Radnai, T., Vékey, K.: Generation and gas phase stability of hydrated clusters of Na+ and Ca2+, J. Phys. Chem., submitted, 2006
Megyes, T., Bakó, I., Grósz, T., Radnai, T.: Ion pairing in aqueous calcium chloride solutions: molecular dynamic and diffraction study, J. Molecular Liquids, accepted, 2006
Onthong, U.; Megyes, T.; Bakó, I.; Radnai, T.; Grósz, T.; Hermansson, K.; Probst, M.: X-ray and Neutron Diffraction Study and Molecular Dynamics Simulations of Liquid DMSO, Phys. Chem. Chem. Phys. 6, 2136, 2004
Kosztolányi, T.; Bakó, I.; Pálinkás, G.: Molecular dynamics study of CaCl2 in liquid methanol, J. Molecular Liquids, in press, 2006
Megyes, T., Bálint, Sz., Bakó, I., Grósz, T., Radnai, T., Probst, M.: Solvation of calcium ion in formamide: X-ray Diffraction Study and Theoretical Calculations, Chem. Phys., submitted, 2006
Megyes, T., Bálint, Sz., Bakó, I., Grósz, T., Radnai, T., Probst, M.: X-ray Diffraction and Ab Initio Study of calcium chloride in dimethylsulfoxide,, Chem. Phys., submitted, 2006
