2 Физические и химические свойства тетраметилтетразенаc4h12n4

Маслянистая жидкость светло-желтого цвета с резким ароматическим запахом в водных растворах. Т.кип при 97 мм рт.ст. 70 °. d0,91. В воде растворяется до 10 г/л, хорошо растворяется в органических растворителях и кислотах. При 135 ° разлагается со взрывом на замещенный гидразин и азот. Имеет сильные восстановительные свойства. В кислой среде нестабилен, разлагается до метиламина, диметиламина и формальдегида [8].

Является продуктом окисления 1,1-диметилгидразина броматом калия. Также образуется при неполном сгорании ракетного топлива в верхних слоях атмосферы [8].

Вызывает повышение возбудимости нервной системы; лимфо- и эозинопению; нарушение функции печени и почек [8].

В концентрациях 20-50 мг/л Т. подавляет функцию размножения хлорококковых водорослей, фотосинтез и продуцирование ими кислорода. В концентрациях 10-100 мг/л не изменяет фотосинтеза, выделение кислорода и пигментирующую функции элодеи [8].

При остром отравлении у животных проявляется раздражение  слизистых верхних дыхательных путей, кратковременное возбуждение ЦНС с последующим угнетением, наркотическое состояние, одышка, гибель в течение суток после отравления. У выживших животных регистрируется агрессивность, ринит, диарея, гематурия. При повторном введении в дозах 1/5 и 1/20 ЛД50 гибели животных не наблюдалось [8]. 

Чтобы определить присутствие тетраметилтетразена в воздухе рабочей зоны используют колориметрический прибор с чувствительностью 3 мкг в анализируемой пробе; в атмосфере населенных мест: спектрофотометрический  или фотоколориметрический с нижним пределом чувствительности 0,002 и 0,003 мг/м³ соответственно. В воде: колориметрический с чувствительностью 2,0 мкг [8].

Нельзя хранить и использовать у открытого огня [8].

При поражении необходимо максимально быстро удалить пострадавшего из загазованной атмосферы. При попадании на кожу или в глаза промыть большим количеством воды [8].

3 РАССЧИТАННЫЙ УФ СПЕКТР ТЕТРАМЕТИЛТЕТРАЗЕНА

Рассчитали ультрафиолетовый спектр тетраметилтетразена с помощью программы HYPERCHEMV6.0.1. Это известная квантово-химическая и молекулярно-динамическая программа. Она объединяет трехмерную визуализацию и мультипликацию с квантовыми химическими вычислениями, молекулярной механикой и динамикой.

Алгоритм вычисления УФ спектра:

1. Нарисовали молекулу тетраметилтетразена. Для этого использовали Build → Default Element→ Nitrogen. Затем использовали ту же команду, но для рисования атомов углерода.

Рисунок 1 – Default Element

Рисунок 2 – Периодическая таблица

Рисунок 3 – Молекула тетраметилтетразена

2. Выбираем Setup → Molecular Mechanics.

Рисунок 4 – Оптимизация молекулы

Выполняется оптимизация молекулы и сравниваются энергии, чтобы определить из них минимальную.

3. Compute → Geometry Optimization.

Рисунок 5 – Геометрическая оптимизация молекулы

Минимизация энергии изменяет молекулярную геометрию, чтобы энергия системы понизилась и соединение стало наиболее устойчивым. Эта команда ищет молекулярную структуру, в которой энергия не изменяется с бесконечно малыми изменениями в геометрии. Это означает, что производная энергии близка нулю.

После геометрической оптимизации молекула имеет другой вид (см. рис. 6)

Рисунок 6 – Молекула после геометрической оптимизации

4. Setup → Ab Initio→ Small (3-21G) → Options → UHF.

Рисунок 7 – Метод Ab Initio

Рисунок 8 – Параметры Ab Initio метода

Один из методов, который позволяет определить общее количество энергии. А именно совершает механические вычисления, такие как – оптимизацию геометрии, вибрационный анализ, электронные спектральные вычисления. 3-21G – оптимальный угол и длина связи.

5. Compute → Single Point.

Рисунок 9 – Single Point

Конечный пункт. Данная команда окончательно вычисляет все необходимые операции.

6. Setup→ Semi-Empirical Method→ AM1 (PM3, INDO) → RHF → Configuration Interaction→ Singly Excited → Energy Criterion→ 1000 ev.

Рисунок 10 – Полуэмпирический метод

Рисунок 11 – Параметры полуэмпирического метода

Рассчитывается волновая функция всей молекулы тетраметилтетразена. В результате находится энергия, градиент, и атомные заряды.

7. Compute→ Single Point.

Рисунок 12 – Single Point

Идет вычисление интегралов. Время вычисления зависит от вещества.

Получили УФ спектр тетраметилтетразена (рис.13) и электронный спектр методом компьютерного моделирования (рис.14) в программе Microsoft Office Excel.

Рисунок 13 – Рассчитанный УФ спектр в форме графика в Microsoft Office Excel

Рисунок 14 – Полученный электронный спектр

4 ТАБЛИЦА С ПОЛОСАМИ МАКСИМУМОВ И МИНИМУМОВ

После расчета УФ спектра молекулы тетраметилтетразена занесли наибольшие значения длин волн и интенсивности спектра в таблицу 1, созданную в программе Microsoft Office Excel.

Таблица 1 – Таблица с полосами максимумов и минимумов

Длина волны, нм	Интенсивность
189,90	0,311
175,07	0,055
174,72	0,046
170,49	0,327
168,86	0,115
163,87	0,11
149,35	0,164
147,94	0,163
146,11	0,559
141,24	0,062
139,93	0,068
139,29	0,144
138,05	0,279
134,9	0,055
133,97	0,316
130,43	0,0143
130,12	0,126
129,63	0,061
128,06	0,047
126,67	0,034
125,88	0,06
124,79	0,071
124,59	0,081
122,6	0,276

Продолжение таблицы 1

Длина волны, нм	Интенсивность
119,43	0,068
116,79	0,378
113,82	0,116
112,52	0,074
112,06	0,312
109,39	0,419
105,63	0,049
103,32	0,079
102,47	0,045
101,38	0,215
100,5	0,123
99,85	0,04
99,26	0,121
99	0,032
98,52	0,056
97,55	0,027
95,9	0,189
94,26	0,024
91,61	0,019
91,02	0,023
89,35	0,03
88,64	0,072
86,93	0,016
86,03	0,021
84,28	0,081
83,27	0,023
81,73	0,028
79,36	0,03
79,61	0,044
77,91	0,032
77,62	0,066
76,71	0,074
75,74	0,057
74,99	0,054
74,08	0,206

5 ТАБЛИЦА И ГРАФИК ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ СПЕКТРА ПО ПЕРВОЙ ПРОИЗВОДНОЙ.

формула для нахождения первой производной,

где А1, А2 – значения столбца «Длина волны, нм», а В1, В2 – значения столбца «Интенсивность».

Приведем расчет производной для первых двух значений:

1). Для первого значения: В1 = 0,311, В2 = 0,055; А1 = 189,90, А2 = 175,07;

по формуле найдем производную:

= = 0,0173;

2). Для второго значения: В3 = 0,046, В2 = 0,055; А3 = 174,72, А2 = 175,07;

По формуле найдем производную

= = 0,0257.

Аналогично рассчитываем производную для остальных значений. Результаты вычисления представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты дифференцирования спектра по первой производной

№	Длина волны, нм	Интенсивность	Первая производная
1	189,90	0,311	0,0173
2	175,07	0,055	0,0257
3	174,72	0,046	-0,0664
4	170,49	0,327	0,1301
5	168,86	0,115	0,0010
6	163,87	0,11	-0,0037
7	149,35	0,164	0,0007
8	147,94	0,163	-0,2164
9	146,11	0,559	0,1021
10	141,24	0,062	-0,0046
11	139,93	0,068	-0,1187
12	139,29	0,144	-0,1089
13	138,05	0,279	0,0711
14	134,9	0,055	-0,2806
15	133,97	0,316	0,0852
16	130,43	0,0143	-0,3603
17	130,12	0,126	0,1327
18	129,63	0,061	0,0089
19	128,06	0,047	0,0094
20	126,67	0,034	-0,0329
21	125,88	0,06	-0,0101
22	124,79	0,071	-0,0500
23	124,59	0,081	-0,0980
24	122,6	0,276	0,0656
25	119,43	0,068	-0,1174
26	116,79	0,378	0,0882
27	113,82	0,116	0,0323
28	112,52	0,074	-0,5174
29	112,06	0,312	-0,0401
30	109,39	0,419	0,0984
31	105,63	0,049	-0,0130
32	103,32	0,079	0,0400
33	102,47	0,045	-0,1560

Продолжение таблицы 2

№	Длина волны, нм	Интенсивность	Первая производная
34	101,38	0,215	0,1045
35	100,5	0,123	0,1277
36	99,85	0,04	-0,1373
37	99,26	0,121	0,3423
38	99	0,032	-0,0500
39	98,52	0,056	0,0299
40	97,55	0,027	-0,0982
41	95,9	0,189	0,1006
42	94,26	0,024	0,0019
43	91,61	0,019	-0,0068
44	91,02	0,023	-0,0042
45	89,35	0,03	-0,0592
46	88,64	0,072	0,0327
47	86,93	0,016	-0,0056
48	86,03	0,021	-0,0343
49	84,28	0,081	0,0574
50	83,27	0,023	-0,0032
51	81,73	0,028	-0,0008
52	79,36	0,03	0,0560
53	79,61	0,044	0,0071
54	77,91	0,032	-0,1172
55	77,62	0,066	-0,0088
56	76,71	0,074	0,0175
57	75,74	0,057	0,0040
58	74,99	0,054	-0,1670
59	74,08	0,206	0,0028

На основе данных таблицы, а именно столбцов «Длина волны, нм» и «Первая производная», построили в программе Microsoft Office Excel график «дифференцирование спектра» (см. рис 15).

Рисунок 15 – Дифференцирование спектра по первой производной Microsoft Office Excel