Solvation Structure and Mobility Mechanism of OH-: A Car−Parrinello Molecular Dynamics Investigation of Alkaline Solutions

溶剂化 氢氧化物 化学 反离子 分子动力学 溶剂化壳 水溶液 中子衍射 质子 化学物理 离子 计算化学 无机化学 物理化学 结晶学 晶体结构 有机化学 物理 量子力学
作者
Bin Chen,Ivaylo Ivanov,Jung Mee Park,Michele Parrinello,Michael L. Klein
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:106 (46): 12006-12016 被引量:109
标识
DOI:10.1021/jp026504w
摘要

The hydroxide ion (OH-) has an unusually high mobility in water, comparable to that of the proton. However, a consensus view of the OH- mobility mechanism and its solvation structure has yet to emerge. In addition, X-ray and spectroscopic experiments reveal significant changes in the structural and dynamical properties of water in the presence of OH-. To gain insight into these questions, we have carried out Car−Parrinello molecular dynamics (CPMD) calculations for aqueous NaOH and KOH solutions under ambient conditions over a wide range of concentrations. These simulations are able to reproduce many puzzling phenomena, in particular, the loss of tetrahedral coordination of water (interpreted from a recent neutron diffraction with isotopic substitution experiment) and the appearance of new spectroscopic features at high concentrations. Furthermore, it is demonstrated that the observed behavior is a result of the formation of a variety of compact hydroxide−water complexes. The distribution of these complexes is dependent upon the concentration and the counterion. The present results reconcile conflicting structural interpretations from previous experimental and theoretical studies on hydroxide solutions. Analysis of the CPMD trajectories supports the view that the transport mechanism of the hydroxide ion is distinct from that of the proton.
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