Zastosowanie metody RC-TST w kinetyce rodników alkilowych

Ratkiewicz, A.

Powiadomienia systemowe

Sesja wygasła!
Sesja wygasła!
Sesja wygasła!

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zastosowanie metody RC-TST w kinetyce rodników alkilowych

Autorzy

Ratkiewicz A.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

First Principles Kinetics of Alkyl Radicals – An Application of the RC-TST Method

Języki publikacji

PL EN

Abstrakty

W artykule omówiono dotychczasowe osiągnięcia w aplikacji metody RC-TST (ang. Reaction Class Transition State Theory) w kinetyce procesów rodnikowych, ważnych w procesach pirolizy oraz spalania węglowodorów, w szczególności wewnątrzcząsteczkowych migracji atomu wodoru oraz jednocząsteczkowego rozpadu rodnika alkilowego poprzez cięcie β (ang. β scission). Metoda RC-TST/LER (ang. Linear Energy Relationship) umożliwia aproksymację stałej szybkości dowolnych reakcji należących do wymienionych rodzin (klas) . Dokładność otrzymanych wyników porównywalna jest z osiąganą za pomocą wariacyjnych realizacji teorii stanu przejściowego (TST) z uwzględnieniem wielowymiarowego tunelowania. Jednak, czas obliczeń niezbędnych do uzyskania rezultatów (a tym samym ich koszt) jest wielokrotnie mniejszy. Obliczenia RC-TST/LER można całkowicie zautomatyzować, co czyni metodę przydatną w automatycznej generacji mechanizmu reakcji złożonej. Zaprezentowane porównanie wyników teoretycznych z eksperymentem dowodzi stosowalności metody do badanych rodzin reakcji.

An application of the RC-TST (Reaction Class Transition State Theory) to the radical reaction classes, important in combustion and pyrolysis, in particular intramolecular hydrogen migration and the C-C bond β-scission reaction classes. Method RC-TST/LER (Linear Energy Relationship) enables one calculation of the rates constants of any reaction within a family with chemical accuracy, comparable to that of high level methods, like variational Transition State Theory (TST), but obtained at the fraction of their computational cost. Furthermore, RC-TST/LER calculations can be automated, thus making this method usable in different ARMG (Automated Reaction Mechanism Generator) schemes. Reported comparison of the theoretical prediction with experiment proves the applicability of the RC-TST method to investigated reaction families.

Słowa kluczowe

rodnik alkilowy teoria stanu przejściowego wewnątrzcząsteczkowa migracja wodoru cięcie beta termiczna stała szybkości spalanie

alkyl radicals transition state theory internal hydrogen migration beta scission thermal rate constans combustion

Wydawca

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, ZW CHEMPRESS-SITPChem

Czasopismo

Chemik

Rocznik

2014

Tom

Vol. 68, nr 5

Strony

447--458

Opis fizyczny

Bibliogr. 43 poz., rys.

Twórcy

autor

Ratkiewicz A.

artrat@uwb.edu.pl

Instytut Chemii, Uniwersytet w Białymstoku, Białystok

Bibliografia

1. Huynh L. K., Ratkiewicz A., Truong T. N.: Kinetics of the Hydrogen Abstraction OH + Alkane →H2O + Alkyl Reaction Class: An Application of the Reaction Class Transition State Theory. J. Phys. Chem. A.56 2006, 110 (2), 473-484.
2. Glaude P. A., Battin-Leclerc F., Fournet R., Warth V., Come G. M., Scacchi G.: Construction and simplification of a model for the oxidation of alkanes. Comb Flame 2000, 122, 451-462.
3. De Witt M. J., Dooling D. J., Broadbelt L. J.: Computer Generation of Reaction Mechanisms Using Quantitative Rate Information: Application to Long-Chain Hydrocarbon Pyrolysis. Ind. Eng. Res. 2000, 39, 2228-2237.
4. Simmie J.: Detailed chemical kinetic models for the combustion of hydrocarbon fuels. Prog. Energ. Comb. Sci. 2003, 29 (6), 599-634.
5. Sabbe M. K., Reyniers M. F., Waroquier M., Marin G. B.: Hydrogen radical addition to unsaturated hydrocarbons and reverse beta-scission reactions: modeling of activation energies and pre-exponential factors. Chem. Phys. Chem. 2010, 11 (1), 195-210.
6. Vandeputte A. G., Sabbe M. K., Reyniers M.-F., Marin G. B.: Kinetics of [small alpha] hydrogen abstractions from thiols, sulfides and thiocarbonyl compounds. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14 (37), 12773-12793.
7. Burgess D. R., Allison T. C., Manion J. A., Tsang W. NIST Real Fuels Chemical Kinetic Combustion Model Database http://kinetics.nist.gov/CKMech.
8. Sirjean B., Dames E., Wang H., Tsang W.: Tunneling in Hydrogen-Transfer Isomerization of n-Alkyl Radicals. J. Phys. Chem. A. 2012, 116 (1), 319-332.
9. Davis A. C., Francisco J. S.: Ab Initio Study of Hydrogen Migration across n-alkyl radicals. J. Phys. Chem. A. 2011, 115 (14), 2966-2977.
10. Davis A. C., Francisco J. S.: Ab Initio Study of key Branching Reactions in Biodesel and Fischer-Troops Fuels. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (47), 19110–19124.
11. Davis A. C., Tangprasertchai N., Francisco J. S.: Hydrogen Migrations in Alkylcycloalkyl Radicals: Implications for Chain-Branching Reactions in Fuels. Chem. Eur. J. 2012, 18 (36), 11296-11305.
12. Wang H. X., Wang B. Y., Zhang J. L., Li Z. R., Li X. Y.: Reaction Class Isodesmic Reaction Method and Calculation of Thermokinetic Parameters for Reactions in a Class. Chem. J. Chin. Univ. 2011, 32 (5), 1123-1128.
13. Feng L.-X., Jin L.-X., Wang W.-N., Wang W.-L.: Mechanism and kinetics of the hydrogen abstraction reaction of C2H3 with CH3F. Acta Physico – Chimica Sinica 2012, 28 (7), 1623-1629.
14. Bankiewicz B., Huynh L. K., Ratkiewicz A., Truong T. N.: Kinetics of 1,4-Hydrogen Migration in the Alkyl Radical Reaction Class. J. Phys. Chem. A. 2009, 113 (8), 1564-1573.
15. Ratkiewicz A., Bankiewicz B., Truong T. N.: Kinetics of thermoneutral intramolecular hydrogen migration in alkyl radicals. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12 (36), 10988-10995.
16. Ratkiewicz A.: Kinetics of the C–C bond beta scission reactions in alkyl radicals. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 15037-15046.
17. Ratkiewicz A., Bankiewicz B.: Kinetics of 1,5-Hydrogen Migration in Alkyl Radical Reaction Class. J. Phys. Chem. A. 2012, 116 (1), 242-254.
18. Ratkiewicz A., Truong T. N.: Kinetics of the C-C Bond Beta Scission Reactions in Alkyl Radical Reaction Class. J. Phys. Chem. A. 2012, 116 (25), 6643–6654.
19. Ratkiewicz A., Kinetics of 1,6-hydrogen migration in alkyl radical reaction class. React Kin. Mech Cat. 2013, 108, 545-564.
20. Tsang W., Walker J. A., Manion J. A.: The decomposition of normal hexyl radicals. Proc. Combust Inst. 2007, 31, 141-148.
21. McGivern W. S., Awan I. A., Tsang W., Manion J. A.: Isomerization and Decomposition Reactions in the Pyrolysis of Branched Hydrocarbons: 4-Methyl-1-pentyl Radical. J. Phys. Chem. A. 2008, 112, 6908–6917.
22. Tsang W., McGivern W. S., Manion J. A.: Multichannel decomposition and isomerization of octyl radicals. Proc. Comb. Inst. 2009, 32, 131-138.
23. Hippler H., Striebel F., Viskolcz B.: A detailed experimental and theoretical study on the decomposition of methoxy radicals. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 2450-2458.
24. Matheu D. M., Green W. H., Grenda J. M.: Capturing Pressure-Dependence in Automated Mechanism Generation: Reactions Through Cycloalkyl Intermediate. Int. J. Chem. Kin. 2003, 35 (3), 95-119.
25. Ranzi E., Dente M., Goldaniga A., Bozzano G., Faravelli T.: Lumping procedures in detailed kinetic modeling of gasification, pyrolysis, partial oxidation and combustion of hydrocarbon mixtures. Prog. Energ. Comb. Sci. 2001, 27(1), 99-139.
26. Battin-Leclerc F.: Detailed chemical kinetic models for the low-temperature combustion of hydrocarbons with application to gasoline and diesel fuel surrogates. Prog. Energ. Comb. Sci. 2008, 34 (4), 440-498.
27. Zádor J., Taatjes C. A., Fernandes R. X.: Kinetics of elementary reactions in low-temperature autoignition chemistry. Prog. Energ. Comb. Sci. 2011, 37, (4), 371-421.
28. Daoutidis P., Marvin W. A., Rangarajan S., Torres A. I.: Engineering Biomass Conversion Processes: A Systems Perspective. AIChE. J. 2013, 59 (1), 3-18.
29. Ratkiewicz A., Truong T. N.: Application of Chemical Graph Theory for Automated Mechanism Generation. J. Chem. Inf. Comput. Sci. 2003, 43, 36-44.
30. Ratkiewicz A., Truong T. N.: Automated mechanism generation: From symbolic calculation to complex chemistry. Int. J. Quant Chem. 2006, 106 (1), 244-255.
31. Truong T. N.: Reaction class transition state theory: Hydrogen abstraction reactions by hydrogen atoms as test cases. J. Chem. Phys. 2000, 113 (12), 4957-4964.
32. Zhang S., Truong T. N.: Kinetics of Hydrogen Abstraction Reaction Class H + H-C(sp3): First-Principles Predictions Using the Reaction Class Transition State Theory. J. Phys. Chem. A. 2003 107 (8),1138-1147.
33. Kungwan N., Truong T. N.: Kinetics of the Hydrogen Abstraction ∙CH3 + Alkane →CH4 + Alkyl Reaction Class: An Application of the Reaction Class Transition State Theory. J. Phys. Chem. A. 2005, 109 (34), 7742-7750.
34. Huynh L. K., Panasewicz S., Ratkiewicz A., Truong T. N.: Ab initio study on the kinetics of hydrogen abstraction for the H + alkene →H2+ alkenyl reaction class. J. Phys. Chem. A. 2007, 111 (11), 2156-2165.
35. Huynh L. K., Truong T. N.: Kinetics of the hydrogen abstraction CHO + Alkane -> HCHO + Alkyl reaction class: an application of the reaction class transition state theory. Theor. Chem. Account 2007, 120 (1-3), 107-118.
36. Huynh L. K., Zhang S., Truong T. N.: Kinetic of hydrogen abstraction O(3P) + alkane →OH + alkyl radical reaction class: An application of the reaction class transition state theory. Combustion and Flame 2008, 152 (1-2), 177-185.
37. Huynh L. K., Zhang H. R., Zhang S., Eddings E. G., Sarofim A. F., Law M. E., Westmoreland P. R., Truong T. N.: Kinetics of Enol Formation from Reaction of OH with Propene. J. Chem. Phys. A. 2009, 113, 3177-3185.
38. Muszyńska M., Ratkiewicz A., Huynh L. K., Truong T. N.: Kinetics of the hydrogen abstraction C2H3* + alkane →C2H4 + alkyl radical reaction class. J. Phys. Chem. A. 2009, 113 (29), 8327-8336.
39. Ratkiewicz A., Truong T. N.: Kinetics of the hydrogen abstraction R−OH + H→R−O•+ H2 reaction class. Int. J. Chem. Kin. 2010, 42 (4), 414-429.
40. Ratkiewicz A., Bieniewska J., Truong T. N.: Abstraction R-OH + H → R-OH + H2 Reaction Class: An Application of the Reaction Class Transition State Theory. Int. J. Chem. Kin. 2011, 43 (2), 78-98.
41. Ratkiewicz A., Huynh L. K., Pham Q. B., Truong T. N.: Kinetics of the Hydrogen Abstraction •C2H5 + Alkane → C2H6 + Alkyl Reaction Class: An Application of the Reaction Class Transition State Theory. Theor. Chem. Acc. 2013, 132 (3), 1-17.
42. Ratkiewicz, A.: First Principles Kinetics Of n-Octyl Radicals. Prog. React. Kinet. Mech. 2013, 38(4), 323-341.
43. Curran H. J., Gaffuri P., Pitz W. J., K. W. C.: A Comprehensive Modeling Study of n-Heptane Oxidation. Comb. Flame. 1998 114 (1-2), 149-177.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-c4e4c1d9-caef-4aaf-b60e-e5346757e832