Page 129 - Korniy_dyser

129

Під час розрахунку взаємодії атомів водню з металом за допомогою
першопринципних потенціалів припускаємо «локалізацію» атомів водню у

міжвузлях. При цьому довжина хвилі де Бройля для атома водню за низьких
температур може бути співмірною з параметром кристалічної ґратки металу.

Відомо, що особливістю дифузії водню у металах порівняно з іншими
втіленими атомами є квантовий характер дифузії за низьких температур, що

проявляється в чистих кристалах аж до кімнатної температури [279]. Зі

зростанням температури і недосконалості кристалічної решітки металу

внесок квантової дифузії різко зменшується, і, в основному, реалізуються

класичні механізми. Цей факт дозволяє досліджувати дифузію водню за

кімнатних температурах, застосовуючи квантово-хімічні методи, в той час як

за високих температур слід керуватися законами молекулярної динаміки.

Однак атоми водню можуть займати як О-, так і Т-міжвузля, з яких

лише одне положення відповідає глобальному мінімуму і для переходу атома

водню із О-міжвузля в сусіднє тетраедричне і, навпаки, необхідно долати

потенціальні бар’єри різної висоти. Внаслідок цього неможливо

характеризувати дифузійний процес єдиною енергією активації згідно закону

Ареніуса. Тобто необхідно розглянути дифузію водню в металі з позицій

квантової механіки та теорії хімічного зв’язку.

Енергію розчинення атома водню в кластері заліза розраховували за

формулою

E = E(Fe 19H) – [E(Fe 19) + ½ E(H 2)]. (2.26)

Тут E(Fe 19H) – повна енергія кластера із домішкою атома водню в тетра- чи

октапорі, E(Fe 19) – повна енергія чистого кластера і E(H 2) – енергія молекули

водню. За вибраним нами методом та базисом розрахована енергія молекули

водню є близькою до 27 еВ. Таким чином формула дає змогу розрахувати

енергію абсорбції водню – роботу, яку потрібно затратити, щоб помістити

один атом водню в об’єм металу (як відомо, водень в металах знаходиться в

одноатомному стані) із урахуванням розриву зв’язку H–H в молекулі водню

H 2 (енергія дисоціації).