Участие межмолекулярных комплексов иона гидроксония с различными газами в атмосферных процессах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Заика Юлия Владимировна

• Заика Юлия Владимировна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Заика Юлия Владимировна

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1 Физико-химические процессы, протекающие в атмосфере Земли

1.2 Состав атмосферы, характеристики атмосферных аэрозолей, их 16 разновидсти и распределение по высоте

1.3 Содержание атмосферных газов в тропосфере в различных районах 20 Российской Федерации

1.4 Структура и колебательные спектры иона гидроксония и его 21 межмолекулярных комплексов

ГЛАВА 2. Методы расчета

2.1 Современные квантово-химические методы компьютерного 27 моделирования

2.2 Основные положения теории Хартри-Фока-Рутана

2.3 Метод функционала плотности DFT 32 ГЛАВА 3. Обсуждение результатов

3.1 Структура, устойчивость, физико-химические, электронные и 37 спектральные свойства иона гидроксония

3.2 Структура, устойчивость, физико-химические, и спектральные 51 свойства комплексов иона гидроксония с молекулами воды

3.2.1 Структура, устойчивость и физико-химические свойства 51 комплексов иона гидроксония с молекулами воды

3.2.2 Колебательные спектры комплексов иона гидроксония с 57 молекулами воды

3.2.3 Электронные спектры комплексов иона гидроксония с молекулами 66 воды

3.2.4 Способность иона гидроксония повышать выход свободного 68 радиолитического водорода при захвате электрона его катионными комплексами

3.3 Структура, устойчивость, физико-химические, и спектральные 74 свойства комплексов иона гидроксония с молекулами атмосферных газов

3.3.1 Структура и устойчивость тримолекулярных комплексов

3.3.2 Колебательные спектры комплексов иона гидроксония с 82 молекулами атмосферных газов

3.3.3 Образование и распад межмолекулярных комплексов иона 85 гидроксония с молекулами атмосферных газов H3O +-(H2O-Mol), Mol = N2, O2, NO2, CO2, H2S, SO2

Заключение

Результаты и выводы

Список литературы

Используемые в тексте сокращения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Участие межмолекулярных комплексов иона гидроксония с различными газами в атмосферных процессах»

Введение

Актуальность работы. Известно, что в результате протекания фотохимических реакций в нижней атмосфере под действием коротковолнового и радиационного излучения образуются гидратированные межмолекулярные катионные комплексы H+(H2Ü)n, NO+(H2Ü)n, Из0+(И20)п [1], которые, как предполагается, могут выступать в качестве центров конденсации и обуславливать высвобождение скрытой энергии, вследствие процессов переноса и турбулентной диффузии, когда они через некоторое время, попадают в тропосферу, участвуя в процессах увеличения облачного покрова, изменения оптических свойств облаков, стимулируют частоту образования гроз, тайфунов, ураганов и смерчей [2].

Ранее доказано, что незаряженные микроскопические аэрозоли чистой воды не могут стимулировать процессы высвобождения скрытой энергии атмосферы, так как коагулирующая способность заряженной капли воды значительно больше нейтральной из-за уменьшения давления паров оболочки на границе раздела фаз.

Неизвестно могут ли в атмосфере образоваться катионные комплексы иона гидроксония с молекулами атмосферных газов и воды H3Ü+(H2Ü)n-Mol, где n =1, 2; Mol = О2, N2, NO2 СО2, SO2, H2S, которые наряду с кластерами воды и гидратированными системами могли бы под воздействием солнечной радиации и столкновений с потоками частиц (электронов, протонов) участвовать в изменении энергетического баланса атмосферы, не связанного с процессами конденсации.

Поэтому, выяснение степени участия комплексов иона гидроксония с молекулами воды и атмосферными газами в энергетическом балансе планеты является фундаментальной проблемой. На сегодняшний день в научной литературе нет ответа на вопрос, могут ли такие катионные комплексы в газовой фазе являться источниками скрытой энергии в атмосфере, какова природа избытка энергии в комплексах иона гидроксония с молекулами воды и атмосферными газами и какие механизмы обуславливают ее высвобождение в определенных количествах.

В настоящее время продолжаются интенсивные исследования процессов образования и трансформации комплексов иона гидроксония с молекулами в различных средах. Выяснение их структуры, фазового состояния, оптических и микрофизических характеристик является важным для решения не только практических задач в области метеорологии и климатологии, когда каталитические свойства иона гидроксония и большое время жизни позволяют его комплексам с водой участвовать в крупномасштабных процессах перемешивания воздушных масс. Способность иона гидроксония повышать выход свободного радиолитического водорода была доказана для различных водных растворов акцепторов предгидратированного электрона при добавлении к ним катионов М2+, Со2+, Мп2+, 7п2+ [3], а также при подкислении растворов солей нитрата и хлорида калия [4]. Однако неизвестно, способен ли ион гидроксония повышать выход свободного радиолитического водорода, находясь в катионных формах с молекулами воды и атмосферными газами, или в нейтральных формах, образующихся при захвате электрона в газовой фазе. Неизвестно, как изменится эта способность в зависимости от нуклеарности и химического состава комплекса. Исследования процессов диссоциации нейтральных комплексов (Н3О...М) различной структуры, нуклеарности и химического состава важны, так как образующиеся ионные и нейтральные фрагменты обладают существенной кинетической энергией [5], поэтому процессы диссоциативной ионизации могут вносить достаточно большой вклад в баланс энергии плазмы. Важность исследований образования катионных комплексов иона гидроксония и их распад при захвате электрона обусловлена еще и тем что, ион гидроксония, в комплексах с другими молекулами, может изменить их адсорбционные и поверхностно -активные свойства и привести к изменению локальных свойств атмосферы. Малые кластеры иона гидроксония с водой в газовой фазе могут искажать коротковолновые сигналы. Поэтому изучение электронных, термодинамических и спектральных свойств катионных и нейтральных комплексов иона гидроксония с молекулами воды и атмосферными газами поможет решению экологических проблем, а также фундаментальных проблем связанных с изучением

каталитических реакций в плазме и практических задач обеспечения безопасности авиа и космических полетов. Экспериментальное исследование физико-химических свойств комплексов из этих компонент затруднено, поэтому квантово-химические исследования и данные, полученные при помощи компьютерного моделирования, не менее важны, чем анализ высотных трендов.

Теоретические и экспериментальные исследования энергетических характеристик реакций распада и образования катионных и нейтральных межмолекулярных комплексов иона гидроксония с молекулами атмосферными газов и воды ранее не поводились.

Цель диссертационной работы - Определение степени участия межмолекулярных комплексов иона гидроксония с различными молекулами газов и воды в атмосферных процессах. Задачи исследования:

1. Рассчитать равновесную геометрию различных конформаций межмолекулярных комплексов иона гидроксония с молекулами воды; иона гидроксония и молекул воды с атмосферными газами О2, NO2 СО2, SO2, H2S.

2. Определить физико-химические и электронные свойства (устойчивость комплексов, термодинамические параметры АН, ДG, ДS, сечения кривых ППЭ различных связей, электронные спектры поглощения и ИК-спектры исследуемых комплексов.

3. Установить зависимость энергии отрыва протона и нейтрального атома водорода в комплексах с ионом гидроксония от молекулярности комплекса и доказать значимость вклада от молекул иона гидроксония и его комплексов с атмосферными газами в энергетический баланс атмосферы.

4. Проанализировать и сравнить способность к поглощению электромагнитного излучения в различных участках ИК-спектра комплексов с ионом гидроксония и без него.

Научная новизна:

- впервые, на основе квантово-теоретических расчетов показано, что в газовой фазе могут образоваться малоустойчивые катионные и нейтральные комплексы

иона гидроксония с атмосферными газами и что катионные комплексы иона гидроксония с молекулами воды более гигроскопичны по сравнению с кластерами воды;

- впервые рассчитаны электронные спектры поглощения иона гидроксония и его водных кластеров в газовой фазе и выявлено смещение максимума полосы перехода S2 ^ S1 в красную область при повышении нуклеарности;

- впервые рассчитаны ИК -спектры катионных комплексов иона гидроксония с атмосферными газами;

- впервые доказано, что захват электрона ионом гидроксония должен сопровождаться высвобождением энергии и образованием нейтрального атома водорода, вследствие неадиабатического безызлучательного перехода между термами разной мультиплетности и последующей диссоциации нейтрального терма комплекса;

- впервые, на основе анализа сечения кривых межмолекулярных ППЭ проанализированы изменения прочностей межмолекулярных связей с увеличением числа молекул в комплексе.

- впервые выявлено возрастание прочности отдельных связей в комплексах иона гидроксония с атмосферными газами с увеличением числа молекул в комплексе;

- Впервые на основе сравнения дипольных моментов установлено влияние исследуемых межмолекулярных комплексов H3O+(H2O)n- Mol на поглощение электромагнитного излучения в отдельных участках ИК-спектра и предложен теоретический метод расчета концентраций таких комплексов на разных высотах.

Научная и практическая значимость заключается в следующем: Исследование возможности образования и трансформации межмолекулярных комплексов иона гидроксония с молекулами воды и атмосферными газами в катионной форме, позволило предложить механизм освобождения энергии и образования атомов водорода в процессе захвата катионами электрона и последующей диссоциации нейтрального комплекса, т.е. доказать их способность вносить достаточно значимый вклад в энергетический баланс атмосферы планеты. Изучение их структуры, термодинамических,

оптических и микрофизических характеристик, позволит создавать наиболее точные модели для исследования и решения практических задач в области метеорологии, климатологии и экологии.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Все результаты диссертации получены лично автором или в соавторстве при его непосредственном участии и заключается в непосредственном моделировании методами ab initio, обработке и анализе полученных результатов. Квантово-химические расчеты спектральных, физико-химических и термодинамических характеристик иона гидроксония, его комплексов Н3О+ - n(H20), n = 1, 2, 3, 5, 6; H3O+(H2O)n-Mol, Mol - О2, N2, NO2 СО2, SO2, H2S проведены соискателем самостоятельно. Постановка задачи, обсуждение и подготовка публикаций по результатам работы выполнены совместно с научным руководителем д. х. н. Г.И. Кобзевым. В статьях, опубликованных по теме диссертации в соавторстве с Г.И. Кобзевым, в журналах рекомендованных ВАК, личное участие автора составляет 50%.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

- хорошим согласием результатов расчетов геометрических характеристик иона гидроксония и его комплексов с экспериментальными и теоретическими данными;

- согласием рассчитанных фундаментальных частот колебаний ИК спектров молекулы воды, иона гидроксония и наиболее характерных частот его межмолекулярных комплексов с атмосферными газами с теоретическими данными и с результатами экспериментальных спектральных исследований других авторов;

- совпадением результатов расчетов электронного спектра поглощения воды, с экспериментальными данными;

- согласием теоретических расчетов термодинамических характеристик H3O+ с результатами других авторов;

- результатами сравнения рассчитанных фундаментальных частот колебаний ИК-спектров молекул атмосферных газов при 298° К с многочисленными экспериментальными данными;

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Результаты квантово-химических расчетов структуры и устойчивости, физико-химических и спектральных характеристик иона гидроксония и его межмолекулярных комплексов с молекулами воды и атмосферными газами.

2) Результаты исследований реакций образования и распада иона гидроксония и его комплексов, анализ прочности связи протона в катионных комплексах Н3О+ и прочности связи атома водорода в нейтральных комплексах иона гидроксония с молекулами воды и атмосферными газами.

3) Оценка способности комплексов иона гидроксония с молекулами воды и атмосферными газами участвовать в энергетическом балансе атмосферы и изменять поглощение внешнего электромагнитного излучения в отдельных диапазонах ИК-спектра.

Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования представлены на Международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011, 2015», Симпозиумах «Современная химическая физика» (Туапсе, 2011, 2012, 2013), Всероссийской научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых с международным участием «Химия и химическая технология в XXI веке», (Томск, 2012), Всероссийской конференции молодых учёных, аспирантов и студентов с международным участием по химии и нанотехнологиям, (Санкт-Петербург, 2013), Всероссийской конференции-школе «высокореакционноые интермедиаты химических и биологических реакций» (Москва, 2013), Международных конференциях «атмосфера, ионосфера, безопасность» (Калининград 2012, 2014 г.), VII Всероссийской школе-конференции «Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» (Иваново, 2015).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, (в том числе 3 статьи в рекомендованных ВАК научных изданиях, из них три, входящих в международную классификацию SCOPUS), материалы конференции и 10 тезисов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы (123 наименований). Объем диссертации составляет 105 страниц, включая 15 рисунков, 20 таблиц.

Глава 1. Литературный обзор

Настоящая глава посвящена литературному обзору и содержит три части.

В первой части обзора (1.1) приведено описание физико-химических процессов верхних слоев атмосферы, приводятся механизмы образования аэрозольных частиц, излагается анализ наиболее значимых работ о влиянии заряженных кластеров на процессы высвобождения скрытой энергии атмосферы. Выявлены нерешенные проблемы и противоречия между экспериментальными и теоретическими данными.

Во второй части обзора (1.2 - 1.3) обобщены литературные данные химического состава атмосферы. Представлены модели и описание атмосферных аэрозолей. Описаны основные механизмы образования и способы его получения.

В третьей части обзора (1.4) дается характеристика и описание малых кластеров иона гидроксония. Приводятся данные теоретических и экспериментальных исследований

1.1 Физико-химические процессы, протекающие в атмосфере Земли

Механизмы воздействия заряженных частиц высоких энергий, попадающих в земную атмосферу ниже 100 км, несмотря на достаточно долгую историю их изучения и наблюдений, по (прежнему требуют дальнейших исследований. Огромный массив спутниковых данных о реакции озона и других малых газовых составляющих на воздействие корпускулярных потоков (также регистрируемых приборами, установленными на спутниках) позволяет говорить о том, что основные каналы воздействия достаточно хорошо воспроизводятся в современных численных трехмерных моделях, которые описывают, кроме сложных процессов химической кинетики (точнее, фотохимических процесссов), также глобальные процессы переноса химически активных примесей в атмосфере Земли.

Активное развитие космических технологий позволяет проводить многочисленные и разнообразные исследования атмосферы Земли. Накопленный

к настоящему времени массив данных спутниковых исследований свидетельствует о взаимодействие корпускулярных потоков с озоном и малыми составляющими атмосферы. Из чего следует, что Солнце оказывает активное влияние на погодные условия, грозовую активность, изменение концентрации озона и другие атмосферные параметры за счет воздействия на микроструктуры, участвующие в процессах перестройки циркуляции атмосферы [2].

В результате физико-химических процессов, протекающих под действием потока заряженных частиц, в верхних слоях атмосферы возможно образование микроскопических заряженных аэрозолей, таких как кластеры иона гидроксония, нитрат и нитрит аммония, хлорид аммония. Участвуя в процессах перемешивания, эти частицы попадают в нижние слои атмосферы, где стимулируют увеличение облачного покрова, а также образовании гроз и тайфунов [2].

Известно множество реакций, в результате которых образуются заряженные водяные кластеры [6], попадая в нижнюю атмосферу такие частицы, могут служить центрами конденсации и сублимации. Источниками образования заряженных аэрозолей служат радиолизные реакции [7]. Сильные ветры способствуют распространению этих веществ на большие площади верхней атмосферы, что позволяет им влиять на изменение погодных условий.

Аэрозоли выступают в качестве передаточного звена влияния солнечных радиационных потоков и тем самым участвуют в энергетическом балансе атмосферы Земли [8].

В настоящий момент остается открытым вопрос о возможности влияния атмосферных аэрозолей на климат планеты. Э.Р. Мустель в своих работах [9, 10] приводит многочисленные подтверждения эффекта запаздывания ~ (3 ± 1) дня изменения пространственного распределения атмосферного давления, под влиянием корпускулярного излучения. Кроме того, широко известен факт изменения прозрачности атмосферы после интенсивных полярных сияний. А. Даувилер объясняет это образованием и распространением положительно заряженных частиц и предполагает, что именно они служат ядрами в процессе

образования перистых облаков, которые являются предвестниками перемены погоды и следуют за сильными полярными сияниями [11]. А.В. Кастелман указывает, что существует много реакций и процессов, способствующих образованию аэрозольных компонент в верхних слоях атмосферы [12].

По мнению Н.Г. Скрябина, увеличение числа заряженных частиц в стратосфере (> 85 км) происходит под действием ионизирующего излучения. Попадая в более низкие слои (85 ^ 20 км), аэрозольные компоненты под действием флуктуации ветров мигрируют в нижнюю часть стратосферы, где спустя некоторое время образуются гигроскопичные аэрозольные частицы, способные участвовать в процессах высвобождения скрытой энергии атмосферы.

Известно, что для создания предпосылок перемены погодных условий необходимо стимулировать протекание многочисленных физико-химических процессов. Активные эксперименты в тропосфере [13, 14] показывают, что в атмосфере имеется недостаток частиц, способных выступать в качестве центров конденсации и сублимации. Источниками таких веществ являются процессы распада малых газовых составляющих атмосферы под действием ионизирующего излучения. В интервале высот 85 ^ 65 км наблюдаются значительные концентрации положительно заряженных кластеров иона гидроксония, порядка 103частиц /см3. Однако, исходя из количества химических реакций генерирующие данные ионы, их предполагаемая концентрация должна быть в 10- 10-3 раз меньше [15]. Значительные различия в количестве гидроксония объясняются наличием других механизмов образования таких ионов. В работах В.Г. Сочнева и Р.А. Жанеса и других исследователей приводятся реакции генерации ионов О2 и NO под действием потока заряженных частиц в верхних слоях атмосферы [16, 17].

Как правило, ионы не обладают большим временем жизни, в тоже время гидроксоний сохраняют устойчивость в течение достаточно большого промежутка времени, что позволяет ему принимать участие в процессах турбулентного перешивания воздушных масс.

В работе [18] описывает высокая способность ионов гидроксония образовывать кластеры с молекулами воды вследствие низкого энергетического

порога реакций присоединения. Благодаря чему, попадая в более низкие атмосферные слои кластеры ионов гидроксония укрупняются:

H3O+(H2Ü)n + H2O + М ^ H3O+(H2Ü)n+i + М (1)

Тяжелые межмолекулярные комплексы H3O+-(H2O)n выступают в качестве катализаторов быстропереключающихся реакций [12], для запуска которых требуется участие молекул NH3 и HNO5, обнаруженные на интервале высот 85 -20 км в достаточном количестве [19, 20].

H3O+(H2O)n + NH3 + М ^ NH4+(H2O)n-i + М (2)

NH4+(H2O)m + HNO3 ^ NH4NO3(H2O)n + H3O+(H2O)m-n (3) Учитывая, что в верхних слоях атмосферы присутствуют такие соединения хлора как №С1 ,НС1, возможно другое протекание реакции (3).

NH4+(H2O)m + HCl ^ NH4Cl(H2O)n + H3O+(H2O)m-n (4)

В результате чего образуются заряженные кластеры NH4+(H2O)n, NH4NO3(H2O)n, NH4Cl(H2O)n и H3O+(H2O)n, которые снова запускают реакции (2) - (4). Таким образом, происходит довольно быстрое увеличение центров конденсации.

Для того чтобы определить какое количество ядер конденсации окажет заметное влияние на высвобождение скрытой энергии атмосферы, предположим, что каждая частица тумана образовалась на одной частице конденсирующего вещества. Известно, что в верхней кромке облаков на 1 см3 приходится 10 частиц [21], тогда концентрация ядер конденсации составляет 10 частиц/см3. Это число значительно меньше того количества частиц, которое может образоваться под действием космического излучения.

Время жизни заряженных кластеров определяет возможность проникновения необходимого количества частиц в более низкие слои атмосферы для участия в процессах циркуляции атмосферных масс. Рекомбинация H3O+(H2O)n со свободными электронами сокращает время жизни аэроионов до 10 минут. Однако, значительная доля частиц все же успевает проскочить в интервал высот 85 ^ 20 км, где заметно увеличивается их время жизни за счет снижения количества свободных электронов.

Под действием космического излучения в стратосфере образуются ионы кислорода, азота и электроны. На высотах > 85 км имеется заметное количество ионов атомарного кислорода О+, который в реакции ионизирует [21].

О+ + Н ^ Н+ + О (5)

Ионы водорода, взаимодействуя с молекулами водяного пара, образуют кластеры гидроксония. В результате этих реакций времени жизни кластеров гидроксония увеличивается. Катионные кластеры МН4+(Н2О)п могут выступать инициаторами реакций (1) - (4). При этом генерируются кластеры НзО+(Н2О)п и N^+(^0)^ которые будут снова запускать эти реакции с образованием частичек Н3О+(Н2О)п и т.д.

В нижней стратосфере ионные кластеры можно рассматривать как микроскопические заряженные аэрозоли воды. Заряженные аэрозоли воды имеют большее время жизни, чем незаряженные. Если такие частички способны стимулировать на своей поверхности какие-либо реакции, то каждая частичка может участвовать в реакции много раз. Это означает, что даже при малой концентрации таких аэрозолей, эффект от их присутствия может оказаться большим.

И действительно, на поверхности аэрозолей воды в воздухе, согласно работе [20], могут проходить следующие реакции

Н2О + М1 ^ Н+ + ОН- + М1 (6),

ОН- + М2 ^ ОН + М2 (7)

В этих реакциях образуются ионы водорода и свободные радикалы ОН, которые могут находиться как на поверхности, так и в воздухе вблизи аэрозолей. Ион Н+ может образовывать кластер гидроксония. Далее, в стратосфере есть заметные концентрации веществ НО2 и Н2О2 [22]. Согласно работе [20], эти вещества, вступая в цепные реакции, образуют ионы гидроксония, которые, присоединяя молекулы воды, превращаются в тяжелые кластеры гидроксония. Комплексы гидроксония образуют микроскопические аэрозоли воды, и процесс повторяется, т.е. микроскопические аэрозоли воды генерируют такие же аэрозоли, причем в этом же процессе генерируются и новые порции кластеров гидроксония,

усиливающие этот процесс. Частицы Из0+(И20)п, КИ4+(И20)п, КИ4К0з(И20)п, КН4С1(И20)п могут служить эффективными ядрами конденсации водяного пара атмосферы.

Возникает вопрос: какими путями за весьма короткое время заряженные частицы проникают в низлежащие слои атмосферы. Экспериментально обнаружено, что эффект запаздывания изменения метеорологических параметров от высыпаний составляет (3 ± 1) дней [9, 10]. Учитывая это время и интервал высот 85 ^ 20 км, и предполагая применимость процесса турбулентной диффузии, мы можем оценить коэффициент диффузии. Он оказался равным к=14.5 км/ч. Такое значение необходимо для почти полного перемешивания вещества воздуха в слое 85 ^ 20 км за 3 дня. Но с учетом усилительного эффекта (~ 250 млн раз) этот коэффициент может быть во много раз меньше. Физические характеристики воздушного резервуара высот 85 ^ 20 км могут вполне обеспечивать и такой коэффициент диффузии (по порядку величины). В слое 85 ^ 20 км дуют сильные ветры, средняя скорость которых 60 км/ч. Причем из-за турбулентности эта скорость претерпевает сильные флюктуации. Энергия турбулентного движения на высотах 85 ^ 20 км, по оценкам наблюдений за метеорными следами, составляет 25 % от кинетической энергии среднего потока [23, 24]. Откуда можно оценить среднюю амплитуду флюктуации скорости ёи . Она будет равна

Ш = + 0.5и

Эти флюктуации обусловлены вихревыми неоднородностями, среднее время жизни которых 1ч. Из-за флюктуации горизонтальной скорости возникают вертикальные ускорения под действием сил Кориолиса. Но в природе существуют и другие механизмы мощных процессов перемешивания воздушных масс.

Таким образом, в нижней атмосфере под действием высыпаний электронов вполне может увеличиваться содержание ядер конденсации водяного пара, доставленных с высот 85 км до 20 км за 1 ^ 3 дня.

Следует отметить, что без учета воздействия корпускул на фотохимическую систему атмосферы невозможно правильно интерпретировать результаты измерений состава. Например, в периоды сильных протонных вспышек на Солнце

озон может быть полностью разрушен в мезосфере полярных широт. В то же время сравнение наблюдений и результатов численного моделирования выявило некоторые расхождения, требующие дальнейших усилий.

1.2. Состав атмосферы, характеристики атмосферных аэрозолей, их разновидности и распределение по высоте

Атмосферный аэрозоль является совокупностью взвешенных частиц с размерами более 10-9 м [25]. Исследованию оптических свойств аэрозоле в северной и южной полярной областях посвящена работа Е.Н. Русиной [26]. Эти частицы образуют коллоидную систему, обладают способностью ослаблять солнечную радиацию, участвуют в ряде важнейших процессов, протекающих в атмосфере:

1. способствуют отражению, рассеянию и поглощению коротковолновой радиации солнца;

2. принимают участие в гидрологическом режиме, являясь ядрами конденсации и сублимации;

3. конденсируют тяжелые металлы, молекулы неорганических и органических газов и паров нелетучих соединений.

Распределение аэрозолей по высоте определяется их размером и вертикальным градиентом плотности воздуха. Температурная инверсия приводит к образованию своеобразной «крышки», не пропускающей эоловый материал вверх. При этом происходит местное выпадение аэрозолей [25]. Крупные частицы (>5 мкм) выпадают очень быстро и поблизости от того места, где они вошли в атмосферу. Частицы, размером 3-5 мкм и мельче, попавшие под действие воздушной циркуляции, находятся во взвешенном состоянии в среднем 5 суток. Расстояние, на которое они переносятся в нижних слоях тропосферы, может достигать сотен километров. В верхних слоях (>7 км), где действуют струйные течения с запада на восток, дальность переноса может превышать 5-7 тысяч км. Незначительная часть аэрозолей (размером 0.1 - 2.0 мкм) поступает в стратосферу, где они могут находиться от 4 до 14 лет. В течение этого времени

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Заика Юлия Владимировна, 2016 год

Список литературы

1. Криволуцкий, А.А. Воздействие космических энергичных частиц на атмосферу Земли (обзор) / Криволуцкий А.А., Репнев А.И. // Геомагнетизм и аэрономия. - 2012. - Т. 52. - №6. - С. 723.

2. Скрябин, Н.Г. Доклад на втором рабочем семинаре по моделированию полярной ионосферы / Скрябин Н.Г. // Предпринт ИКФИА ЯФ СОАН. -1980.

3. Бяков, В.М. Эффект антиингибирования образования радиолитического водорода в жидкостях / Бяков В.М., Степанов С.В., Степанова О.П. // Химия высоких энергий. - 2000. - Т. 34. - №5. - С. 333.

4. Ничипоров, Ф.Г. Атиингибирование и промотирование образования радиолитического водорода в воде ионами гидроксония / Ничипоров Ф.Г., Бяков В.М. // Химия высоких энергий. - 2001. - Т. 35, - №3. - С. 22.

5. Полякова, Г.Н. Изучение распределений по скоростям возбужденных атомов водорода, образованных при диссоциации молекул HgO электронным ударом / Полякова Г.Н., Физгеер Б.М., Ерко В.Ф. // Химия высоких энергий. - 1977. -Т. 11. - №3. - С. 214.

6. Castleman, A.W. Aerosol Chemistry. Physics and Chemistry of Upper Atmosphere / Castleman A.W. // Dordrecht-Holland. - 1973. - P. 133-157.

7. Скрябин, Н.Г. Изменение содержания озона и аэрозолей на больших высотах в связи с электронными высыпаниями. - В кн.: Связь физических процессов в ионосфере и магнитосфере Земли с параметрами солнечного ветра / Скрябин Н.Г., Соколов В.Д.,. Моисеев В.Г. // Якутск, изд. ЯФ СО АН СССР. - 1977. -С. 63-67.

8. Гинзбург, А.С. Влияние естественных и антропогенных аэрозолей на глобальный и региональный климат / Гинзбург А.С., Губанова Д.П., Минашкин В.М. // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Менделеева). - 2008. -Т. LII. - № 5. - С. 112-119.

9. Мустель, Э.Р. О взаимодействии солнечных корпускулярных потоков с нижними слоями земной атмосферы - Труды симпозиума по солнечно-

корпускулярным эффектам в тропосфере и стратосфере / Мустель Э.Р. // Л., Гидрометеоиздат. - 1973. - С. 4-12.

10. Мустель, Э.Р. О реальности воздействия солнечных корпускулярных потбков на нижние слои земной атмосферы / Мустель Э.Р. // В кн.: Научные информации. И.. - 1972. - Т. 24. - С. 5-55.

11. Dauviller A. Activité Auroral Albedo Planitarie. Comptes rendus hebdomadaires des seances debL1academie des sciences. - 1959. - V. 248. - 12. - P. 1740-1743.

12. Castleman A.W. Aerosol Chemistry. Physics and Chemistry of Upper Atmosphere. Dordrecht-Holland. - 1973. - P. 133-157.

13. Матвеев Л.Г. Основы общей метеорологии, физика атмосферы // Л., Гидрометеоиздат. - 1965. - С. 876.

14. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы // Л.; Гидрометеоиздат. - 1973. - С. 366.

15. Ferguson JS.E. and Fehsenfeld P.O. Water Vapor Ion Cluster Concentrations in the D-Eegion. J.Geophys.He's.. - 1970, V. 74. - 24. - 1969. - P. 5743-5751.

16. Сочнев В.Г., Туликов В.Ф., Яковлев С.Г. Некоторые аспекты воздействия корпускулярного излучения на атмосферу Земли в спокойные и возмущенных условиях. - В кн.: Эффекты солнечной активности в нижней атмосфере / Сочнев В.Г., Туликов В.Ф., Яковлев С.Г. // Л., Гидрометеоиздат. - 1977. - С. 47-54.

17. Janes R.A. Time Dependent Studies of the Aurora-I. Ion Density and Composition / Janes R.A., Hees M.H. // Planet.Space Sci.. - 1973. - V. 21. - 4. - P. 537-557.

18. Biondi М.А. Chemistry. - 1969. 4717 р. (Русский перевод М.А. Биоиди) / Biondi М.А., Canad. J. // В кн.: Лабораторные исследования агрономических реакций // Л., Гидрометеоиздат. - 1970.

19. Кapоль И.Л. Высотные самолеты и стратосфера // Л., Гидрометеоиздат. -1974. - С.48.

20. Решетов В.Д, Гипотеза аэрозольного происхождения атмосферного озона. -В кн.: Атмосферный озон (Результаты работ Международного

геофизического года в СССР). Конференция 28-31 октября 1959 г. М., Мзд-во МГУ. - 1961. - С. 10З-119.

21. Матвеев Л.Г. Основы общей метеорологии, физика атмосферы. // Л., Гидрометеоиздат. - 1965. - С. 876.

22. Мак-Ивен М. Химия атмосферы / Мак-Ивен М. .Филлипс Л. // М., Мир. -1978. - С. 376.

23. Ж.Ван Мигем. Энергетика атмосферы // Л., Гидрометеоиздат. - 1977. - С. 328.

24. Роупер Р. Определение ветров по радиолокации метеорных следов в южном полушарии. - В кн.: Термосферная циркуляция // М., Мир. - 1975. - С. 178196.

25. Улахович Н.А. Экотоксиканты. Учебно-методическое пособие для лекционного курса «Химия в экологии» / Улахович Н.А., Кутырева М.П., Медянцева Э.П., Бабкина С.С. // Казань. Издательство Казанского государственного университета. - 2010. - С. 56.

26. Русина Е.Н. Изменчивость аэрозольно-оптических параметров атмосферы в северной и южной полярных областях после 2000 г. / Русина Е.Н., Радионов

B.Ф., Сибир Е.Е. // Проблемы Арктики и Антарктики. - 2013. T. 1. - №95. -

C. 51 - 60.

27. Виролайнен Я.А. Статистические модели оптических свойств тропосферного аэрозоля / Виролайнен Я.А., Поляков А.В., Тимофеев Ю.М. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2004. - Т.40. - № 2. - С. 255-266.

28. Чалмерс Дж.А. Атмосферное электричество.* // Л., Гидрометеоиздат. - 1974. - С. 66.

29. Матвеев Л.Г. Основы общей метеорологии, физика атмосферы. // Л., Гидрометеоиздат. - 1965. - С. 876.

30. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М., Изд-во АН СССР. - 1955. - С. 458.

31. Aitken J. On Dust, Fog and* Clouds. Trans.S.Soc., Edinb. - 1880. - V. 30. - P. 337-368.

32. Дружинин И.И. Космос-Земля, прогнозы / Дружинин И.И., Сазонов Б.И., Ягодинскии В.Н. // М. - 1974. - С. 28.

33. Сазонов Б.И. Энергетика атмосферных процессов и космические лучи. // В кн.: Солнечно-атмосферные связи в теории климата и прогнозах погоды. Труды I Всесоюзного совещания 30 октября - I ноября 1972 г.

34. Макарова, М.В. Анализ изменчивости содержания CO, NO2 и O3 в тропосфере в районе Санкт-Петербурга / Макарова М.В., Ракитин А.В., Ионов Д.В., Поберовский А.В. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана.

- 2011. - Т. 47. -№4. - С. 1-13.

35. Дымников, В. Моделирование климата и его изменений: современные проблемы / Дымников В., Лыкосов В., Володин Е. // Вестник Российской академии наук. - 2012. - Т. 82. - № 3. - С. 227-236.

36. Kryachko, E.S. Theoretical study of the CH4-(H2O)2 and CH4-HsO2+ complexes. Three-hydrogen-atoms interaction / Kryachko E.S., Zeegers-Huyskens T. // J. Phys. Chem. A. - 2003. - V. 107. - 38. - P. 7546 - 7551.

37. Edison, A. S. Ab initio calculations of the protium/deuterium fractionation factors in O2H5+ clusters / Edison A. S., Markley J. L., Weinhold F. // J. Phys. Chem. -

1995. - V. 99. - 20. - P. 8013-8016.

38. Christie, R. A. Theoretical investigation of the H3O+(H2O)4 cluster / Christie R. A., Jordan K. D //J. Phys. Chem. A. - 2001.V. 105. - 32. - P. 7551-7558.

39. Muguet, F.F. Electron propagator study of the excitation spectrum of the solvated hydronium radical / Muguet F.F., Gelabert H., Gauduel Y. // J. de Chim. Phys. -

1996. V. 93 (10). - P. 1808 - 1827.

40. Kaledin, M. Ab initio studies of structural and vibrational properties of protonated water cluster H7O3+ and its deuterium isotopologues: an application of driven molecular dynamics / Kaledin M., Wood C.A. // J. Chem. Theory Comput. - 2010.

- V. 6. - 8. - P. 2525-2535.

41. Cao, H. Z. Theoretical analysis of proton trasfers in symmetric and asymmetric systems / Cao H. Z., Allavena M., Tapia O., Evleth E. M. // J. Phys. Chem. - 1985.

- V. 89. - 9. - P. 1581-1592.

42. Luo, Y. Quantum chemistry study of H+(H2O)s: a global search for its isomers by the scaled hypersphere search method and its thermal behavior / Luo Y., Maeda S., Ohno K. // J. Phys. Chem. - 2007. V. 111. - 42. - P. 10732-10737.

43. Sobolewski, A.L. Hydrated hydronium: a cluster model of the solvated electron / Sobolewski A.L., Domcke W. // J. Phys. Chem. - 2002. - V. 106. - 16. - P. 4158.

44. Librovich, N.B. The vibrational spectrum of the hydrated proton / Librovich N.B., Sakun V.P., Sokolov N.D. // Rus. J. Theor. and exp. chem. - 1979. - V. 14. - 4. -P. 339-348.

45. Lu, E.P. Structural evolution and solvation of the OH radical in ionized water radical cations (H2OV+, n = 5 - 8 / Lu E.P., Pan P.R., Li Y.C., Tsai M.K., Kuo J.L. // Phys Chem Chem Phys. - 2014. - V. 16. - 35. - P. 18888-18895.

46. Vuilleumier, R. Quantum dynamics of an excess proton in water using an extended empirical valence-bond hamiltonian / Vuilleumier R., Borgis D. // J. Phys. Chem. B - 1998. V. 102. - 22. - P. 4261-4264.

47. Librovich, N. B. Study of the infrared spectra of hydroxonium ions and water in the HCl - H2O system by the method of disrupted total internal reflection / Librovich N. B., Maiorov V. D., Vinnik M. I. // Rus. J. of Struct. Chem. - V. 14. -1. - P. 14-17.

48. Tang, J. Infrared spectroscopy of H3O+: the v1 fundamental band / Tang J., Oka T. // J. of Mol. Spect. - 1999. - V. - 196. - 1. - P. 120-130.

49. Okumura, M. Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociated spectroscopy of mass-selectid H3O+-(H2O)n(H2)m / Okumura M., Yeh L.I., Myers J.D., Lee Y.T. // J. Phys. Chem. - 1990. - V. 94. - P. 3416-3427.

50. Begemann, M.H. Detection of the hydronium ion (H3O+) by high-resolution infrared spectroscopy / Begemann M.H., Gudeman C.S., Pfaff J., Saykally R.J. // J. Phys. Rev. Lett. - 1983. - V. 51. - 7. - P. 554-557.

51. Grubele, M. A study of the structure and dynamics of the hydronium ion by high resolution infrared laser spectroscopy. II The v4 perpendicular bending mode of H316O+ / Grubele M., Polak M., Saykally R.J. // J. Chem. Phys. - 1987. - V. 87. -P. 3347-3351.

52. Davies, P.B. A. Infrared laser spectroscopy of H3O+ between 510 and 1150 cm -1 / Davies P.B., Hamilton P.A., Johnson S.A. // J. Opt. Soc. Am. B. - 1985. - V. 2. -5. - P. 794-799.

53. Yeh, L.I. Vibrational spectroscopy of the hydrated hydronium cluster ions HsO+-(H2O)n (n = 1, 2, 3) / Yeh L.I., Okumura M., Myers J. D., Price J. M., Lee Y. T. // J. Chem. Phys. - 1989. - V. 91. - 12. - P. 7319-7330.

54. Asmis, K. R. Gas-Phase infrared spectrum of the protonated water dimer / Asmis K. R., Pivonka N. L., Santambrogio G., Brummer M., Kaposta C., Neumark D. M., Woste L. // J. Science. - 2003. - V. 299. - 5611. - P. 1375-1377.

55. Fridgen, T. D. Infrared spectrum of the protonated water dimer in the Gas Phase / Fridgen T. D., McMahon T. B., MacAleese L., Lemaire J., Mait P. // J. Phys. Chem. A - 2004. - V. 108. - 42. - P. 9008-9010.

56. Headrick, J.M. Spectral signatures of hydrated proton vibrations in water clusters / Headrick J.M., Diken E.G., Walters R.S., Hammer N.I., Christie R.A., Cui J., Myshakin E.M., Duncan M.A., Johnson M.A., Jordan K.D. // Science. - 2005. - V. 308. - 5729. - P. 1765-1769.

57. Douberly, G.E. Infrared spectroscopy of small protonated water clusters, H+(H2O)n (n = 2 - 5): isomers, argon tagging, and deuteration / Douberly G.E., Walters R.S., Cui J., Jordan K.D., Duncan M.A. // J. Phys. Chem. A - 2010. - V. 114. - 13. - P. 4570-4579.

58. Лыгин, В.И. Инфракрасные спектры адсорбированных молекул / Лыгин В.И. // Мир.: - 1969. - С. 441.

59. Бяков, В.М. К механизму первичного биологического действия ионизирующих излучений / Бяков В.М., Степанов С.В. // В кн.: Успехи физических наук УФН. - 2006. - Т. 176. - №5. - С. 487.

60. Юхневич Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды // М.: Наука. - 1973. - С. 211.

61. Тимохин, В.М. Инфракрасные спектры широкозонных кристаллов с протонной проводимостью / Тимохин В.М., Гармаш В.М., Теджетов В. А. //

Современные проблемы науки и образования. Электронный научный журнал. - 2013. - №3. ISSN 2070 - 7428.

62. Кострикин, А.В. ИК-спектр гидратированного диоксида титана / Кострикин А.В., Кузнецова Р.В., Косенкова О.В., Меркулова А.Н., Линько И.В. // Вопросы современной науки и практики, Университет им. Вернадского. -2007. - Т. 2. - №8. - С. 181.

63. Зайцев Б.Е. Спектроскопические методы в неорганической химии. Часть 1. Колебательные и электронные спектры // М.: Изд-во Рос. ун - та дружбы народов. - 1974. - С. 185.

64. Sovoie R., Giguere P.A. // J. Chem. Phys. - 1964. - V. 41. - P. 2698-2705.

65. Giguere, P.A. Spectroscopic evidence for ion pairs of hydronium halides in liquid Sulphur dioxide / Giguere P.A., Madec C. // Chem. Phys. Lett. - 1976. - V. 37. -P. 569-573.

66. Игнатов С.К. Квантово-химическое моделирование молекулярной структуры, физико-химических свойств и реакционной способности. Часть 1. Обзор современных методов электронной структуры и теории функционала плотности. Учебно-методические материалы по программе повышения квалификации «Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекоммуникационных систем». // Нижний Новгород: ННГУ, 2006. - С. 5-9.

67. Аминова Р.М. Основы современной квантовой химии // Казань. - 2004. С. 106.

68. Морозов, В.П. Проблема транспортабельности силовых постоянных / Морозов В.П., Дергачев М.П., Ласунин М.В. // Журнал структурной химии. -2003. - Т. 44. - №6. - С. 1052-1056.

69. Scott, A.P. Harmonic vibrational frequencies: an evaluation of Hartree-Fock, Moller-Plesset, quadratic configuration interaction, density functional theory, and semiempirical scale factors / Scott A.P., Radom L. // J. Phys. Chem. - 1996. - V. 100. - 41. - Р. 16502-16513.

70. Глушко В.П. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. - Т. 1. кн. 1. // М.: Наука, 1978. - С. 495.

71. Краснова К.С. Молекулярные постоянные неорганических соединений // Л.: Химия, 1979. - С. 446.

72. Кобзев Г.И. Применение неэмпирических и полуэмпирических методов в квантово-химических расчетах. Учебное пособие // Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - С. 150.

73. Краснов К.С. Молекулы и химическая связь // М.: Высшая школа, 1984. - С. 274.

74. Paganetti H. Dose of water versus dose to medium in proton beam therapy // Phys. Med. Biol. - 2009. - V. 54. - P. 4399-4420.

75. Герцберг Г. Электронные спектры и строение многоатомных молекул // М.: Мир, 1969. - С. 772.

76. Segelstein D.J. The complex refractive index of water. M. S. Thesis, University of Missouri, Kansas City // Missouri, USA, 1981. - P. 167.

77. Козлов Д.В. Основы гидрофизики // М.: МГУП, 2004. - С. 246.

78. Bollinger, J.C. On the existence of the protonated dication H4O2+in sulfolane solution / Bollinger J.C., Faure R. // Chem. Phys. Lett. - 1987. - V. 140. - P. 579581.

79. Kaledin, M. Vibrational analysis of the H5O2+ infrared spectrum using molecular and driven molecular dynamics / Kaledin M., Kaledin A.L., Bowman J.M. // J. Phys. Chem. A. - 2006. - V. 110. - 9. - P. 2933-2939.

80. Castleman AX. Aerosol chemistry. Physics and chemistry of upper Atmosphere. Dordrecht-Holland. - 1973. - P. 133-157.

81. Кapоль И.Л. Высотные самолеты и стратосфера // Л., Гидрометеоиздат. -1974. - С.48.

82. Hedy, T.V. Ammonia and Ammonium Sulphate in the Troposphere over the United Kingdom. / Hedy T.V., McKay H.A.C., Pilbeam A., Searg'ill D. // J.Geophys.Res. - 1970. - V. 75. - P. 2317-2322.

83. Полякова, Г.Н. Изучение распределений по скоростям возбужденных атомов водорода, образованных при диссоциации молекул И§0 электронным ударом / Полякова Г.Н., Физгеер Б.М., Ерко В.Ф. // Химия высоких энергий. - 1977. -Т. 11. - №3. - С. 214.

84. Завилопуло, А.Н. Ионизация молекул азота, кислорода, воды и двуокиси углерода электронным ударом вблизи порога / Завилопуло А.Н., Чипев Ф.Ф., Шпеник О.Б. // Журнал технической физики. - 2005.Т. 75. - №4. - С. 19-24.

85. Ахияров Р.Ж., Матвеев Ю.Г., Лаптев А.Б., Бугай Д.Е. // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». - 2011. № 5. Шр:// www.ogbus.ru.

86. Кобзев Г.И. Зависимость люминисценции молекулярного кислорода от сорта и числа атомов, входящих в состав комплекса, и числа молекул окружения кислорода // Вестник Оренбургского государственного университета. 2005. -№1. - С. 150-156.

87. Урваев, Д.Г. Интермедиаты газофазной реакции Бе + 02: квантовохимическое исследование / Урваев Д.Г., Кобзев Г.И. // Вестник Оренбургского государственного университета. 2013. - Т. 10. - 159. - С. 359-361.

88. Чулков К.С. Тезисы XIV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» // Москва, 2007.

89. Кобзев, Г.И. Исследование фотохимических процессов в реакции Бе + 02 ^ Бе02 методами квантовой химии с учетом спин-орбитального взаимодействия / Кобзев Г.И., Урваев Д.Г., Давыдов К.С., Заика Ю.В. // Журнал структурной химии. - 2012. - Т. 53. - С. 18-33.

90. Новоженов В.А. Введение в неорганическую химию: Учебное пособие // Барнаул: Изд-во Алт. ун-та. - 2001. - С. 650.

91. Заика, Ю.В. Особенности электронного спектра иона гидроксония и малых кластеров 1(Н30+ - пН20), п = 1 - 3, 5, 6 / Заика Ю.В., Кобзев Г. И., Давыдов К.С., Казаева А.Н., Урваев Д.Г. // Ж. Химическая физика. - 2015. - Т. 34. - № 3. - С. 1-10.

92. Курбатова, Л.Д. Изучение химико-аналитических характеристик экстрагируемого комплекса ванадия (V) изододециловым спиртом /

Курбатова Л.Д., Курбатов Д.И. // Аналитика и контроль. 2004. - Т. 8. - № 4. -С. 326-328.

93. Кобзев, Г.И. Особенности образования иона гидроксония и его малых кластеров / Кобзев Г.И., Заика Ю.В. // ЖОХ. - 2015. - Т. 85. - 147. - Вып. 5. -С. 705-719.

94. Saykally, R. J. Molecular interactions and hydrogen bond tunneling dynamics: some new perspectives / Saykally R. J., Blake, G. A. // Science. 1993. - V. 259. -P. 1570-1575.

95. Keutsch, F.N. Water clusters: untangling the mysteries of the liquid, one molecule at a time / Keutsch F.N., Saykally R. J. // Proceedings of the National Academy of the Sciences of the USA. 2001. - V. 98. - P. 10533-10540.

96. Braly, L. B. Terahertz laser spectroscopy of the water dimer intermolecular vibrations. II. (H2O)2 / Braly L. B., Liu K., Brown M. G., Keutsch F. N., Fellers R. S., Saykally R. J. // J. Chem. Phys. 2000. - V. 112. - P. 10314-10326.

97. Зверева, Н. А. Структура и свойства молекулярных комплексов воды с малыми газовыми составляющими атмосферы / Зверева, Н. А., Набиев Ш.Ш., Пономарев Ю.Н. // Ин-т оптики атмосферы СО РАН. Томск. - 2003. - С. 139.

98. Cooper, P.D. Infrared identification of matrix isolated H2O-O2 / Cooper P.D., Kjaergaard H.G., Langford V.S., McKinley A.J., Quickenden T.I., Robinson T.W., Schofield D.P. // J. Phys. Chem. A - 2005. - V. 109. - 9. - P. 4274-4279.

99. Kasai, Y. The H2O - O2 water vapour complex in the Earth's atmosphere / Kasai Y., Dupuy E., Saito R., Hashimoto K., Sabu A., Kondo S., Sumiyoshi Y., Endo Y. // Atmos. Chem. Phys. - 2011. - V. 11. - P. 8607-8612.

100. Slanina, Z. Computational modelling for the clustering degree in the saturated steam and the water-containing complexes in the atmosphere / Slanina Z., Uhlik F., Lee S.-L., Nagase S. // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. -2006. - V. 97. - P. 415-423.

101. Miller, Y. Vibrational spectroscopy of (SO42-)-(H2O)n clusters, n = 1 - 5: harmonic calculations and experiment / Miller Y., Chaban G.M., Zhou J., Asmis K.R., Neumark D.M., Gerber R.B. // J. Chem. Phys. - 2007. - V. 127. - P. 11.

102. Henrik G.K. // J. Phys. Chem. A. - 2002. - V. 106. - P. 2979.

103. Vaida, V. Physicochemical properties of hydrated complexes in the Earth's atmosphere / Vaida V., Headrick J. E // J. Phys. Chem. A - 2000. - V. 104. - P. 5401-5412.

104. Tanaka, N. Photochemical - reaction dynamics of the N2OH-center-dot (H2O)-O18 Van-der-Waals complex / Tanaka N., Nagashima U., Takayanagi M., Kim H. L., Hanazaki I. // J. Phys. Chem. A. - 1997. - V. 101. - P. 507-512.

105. Reiner, Th. Laboratory flow reactor measurements of the reaction SO3 + H2O + M ^ H2SO4 + M: implications for gaseous H2SO4 and aerosol formation in the plume of jet fir-craft / Reiner Th., Arnold F. // Geophys. Res. Lett. - 1993. - V. 20. - 23. - P. 2659-2662.

106. Hamilton, E. J. The dependence on H2O and on NH3 of the kinetics of the seif-reaction of HO2-H2O and HO2'NH3 complexes / Hamilton E. J., Lii, R. R. // Int. J. Chem. Kinet. - 1977. - Vo. 9. - P. 875-885.

107. Заика, Ю.В. Ион гидроксония и его комплексы с водой (Квантовохимические исследования) // [Электронный ресурс]: материалы XVIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» / Москва, 2011.

108. Заика, Ю.В. Геометрическая структура, спектры поглощения, ИК-спектры комплексов иона гидроксония с водой (квантовохимическое исследование) // Тезисы XXIII Симпозиума «Современная химическая физика». - Туапсе. -2011. - С. 78.

109. Заика, Ю.В. Квантовохимическое исследование спектральных характеристик иона гидроксония и реакций образования его интермедиатов // Тезисы XIII Всероссийской научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых с международным участием «Химия и химическая технология в XXI веке». - Томск. - 2012. - С. 238.

110. Zaika, Y.V. Electronic spectra of hydronium ion and reactions of its stable intermediates formation. Quantum chemical study / Zaika Y.V., Kobzev G.I.//

Proceedings of III International Conference «Atmosphere, Ionosphere, Safety». -Kaliningrad. - 2012. - P. 250.

111. Заика, Ю.В. Малые кластеры иона гидроксония с водой и ионами хлора, аммония, натрия, свинца / Заика Ю.В., Кобзев Г.И. // Тезисы XXIV Симпозиума «Современная химическая физика». - Туапсе. - 2012. - С.76.

112. Заика, Ю.В. Влияние малых составляющих воздуха на изменение физико-химических параметров атмосферы // VII всероссийская конференция молодых учёных, аспирантов и студентов с международным участием по химии и нанотехнологиям «Менделеев-2013» Физическая химия. - Санкт-Петербург. - 2013. - С.138.

113. Заика, Ю.В. Устойчивость безметальных три- и тетрамолекулярных комплексов в составе атмосферы Земли / Заика Ю.В., Кобзев Г.И., Футтеркнехт З. // Тезисы XXV Симпозиума «Современная химическая физика». - Туапсе. - 2013. - С. 186.

114. Zaika, Y.V. Phsic-chemistry Properties Intermolecular Complexes H3O+ - M and H2O - M and their Participation in the Atmospheric Processes / Zaika Y. V., Kobzev G.I. // Proceedings of IV International Conference «Atmosphere, Ionosphere, Safety» / Kaliningrad, 2014. - P.139.

115. Заика, Ю.В. Термодинамические характеристики катионных и нейтральных комплексов с атмосферными газами (Квантовохимическое исследование) [Электронный ресурс]: материалы XXII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» / Москва, 2015.

116. Заика, Ю.В. Исследование реакций образования и распада комплексов, содержащих ион гидроксония // Материалы VII Всероссийской молодежной школы-конференции «Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» / Иваново, 2015. - С. 103.

117. Зверева, Т.В. Устойчивость три и тетрамежмолекулярных комплексов, содержащих атом Zn (квантово-химической исследование) / Зверева Т.В., Кобзев Г.И. // Вестн. Оренбургского гос. ун-та. - 2014. - Т. 1. - С. 104-107.

118. Choi, J.-H. Vibrational spectroscopy of NO + (H2O)n ^ H3O+(H2O)n-2 (HONO) at n > 4 / Choi J.-H., Kuwata K.T., Haas B.-M., Cao Y., Johnson M.S., Okumura M. // J. Chem. Phys. - 1994. - V. 100. - P. 7153-7165.

119. Chang, H.-C. Migration of an excess proton upon asymmetric hydration: H+[(CH3)2O](H2O)n as a model system / Chang H.-C., Jiang J.-C., Hahndorf I., Lin S. H., Lee Y. T. // J. Am. Chem. Soc. - 1999. - V. 121. - P. 4443-4450.

120. Заика, Ю.В. Геометрическая структура и колебательные спектры би- и тримолекулярных комплексов в составе атмосферы / Заика Ю.В., Кобзев Г.И., Футтеркнехт З. // Вестник Оренбургского Государственного Университета. - 2014. - Т. 1. - №162. - С. 88-92.

121. Казанский Б.А. Реакции и методы исследований органических соединений. Книга 10. / М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1961. - С. 221.

122. Рябухин А.Г. Ион гидроксония // Изв. ЧНЦ УрО РАН. - 2002. - Т. 4. - С. 5156.

123. Рудакова Н.Я. Карбамидное комплексообразование нефти. // Л.: Химия, 1985. - С. 13.

Используемые в тексте сокращения

АО - атомная орбиталь

АП - активное пространство

ВЗМО - верхняя занятая молекулярная орбиталь

ВФ - волновая функция

ИК - инфракрасный

КВ - конфигурационное взаимодействие

ЛКАО - линейная комбинация атомных орбиталей

МГС - малые газовые составляющие

МО - молекулярная орбиталь

НСМО - нижняя свободная молекулярная орбиталь

ППЭ - поверхность потенциальной энергии

ТФП - теория функционала плотности

CASSCF - многоконфигурационный метод самосогласованного поля в полном

активном пространстве DFT - методы теории функционала плотности

DFT-D - методы теории функционала плотности с коррекцией дисперсии GAMESS - General Atomic and Molecular Electronic Structure System MP2 - теория возмущений Меллера-Плессета второго порядка ROHF - метод Хартри-Фока-Рутаана для открытых оболочек SA-CASSCF - многоконфигурационный метод самосогласованного поля в полном активном пространстве с процедурой усреднения по состояниям