基于密度泛函理論研究六價鉻的形態及其相互轉變規律

王海兵 ，孫寧杰 ，張越非*，池汝安

1.武漢工程大學化學與環境工程學院，湖北 武漢 430205；2.武漢工程大學興發礦業學院，湖北 武漢 430074

重金屬元素鉻是一種多價態的重金屬元素，主要有二價、三價和六價，而六價鉻對生物體有很強的毒害作用［1-3］，且其在溶液中隨溶液pH的不同存在著不同的形態，且各種形態之間可以相互轉換，因此難以確定Cr（VI）的確切形態。目前，研究者對水中不同形態六價鉻的存在形式各有說法。Wang等［4］認為在溶液中六價鉻以 HCrO、、24和的形式存在，而當pH＜2時，主要以H2CrO4的形式存在；當2＜pH＜6時，主要以HCrO存在；當pH＞7時，溶液中主要以的4形式存在。而Duru等［5］認為六價鉻的形態主要為、、，且認為在pH＞4下存在，而在2＜pH＜4時存在，在pH＜2存在。施波［6］認為在廢水中六價鉻的主要存在形式為和，而在低濃度下，主要以為主，而隨著濃度的增大的濃度逐漸增大，溶液中主要以存在，而少量的存在。Chen等［7］討論了在初始濃度0.001 mol/L下時，認為在強酸性條件下以H2CrO4為主，在弱酸性條件下主要以、-的形式存在，而在堿性條件下為主要的存在形式。綜上可以發現對于六價鉻的形態以及分布研究結果差異較大，且沒有給出這些形態之間轉變的理論分析。因此對六價鉻在溶液中的存在形式及其轉化規律有必要進行探討。

目前量子化學計算已經成為從分子角度來分析化學反應及機理的重要手段［8-9］。本文擬采用密度泛函理論（DFT）［10-14］從分子角度研究六價鉻的不同形態及其相互轉變規律。通過對不同形態鉻（VI）離子進行結構優化，分析離子中不同原子的電荷分布，然后在此基礎上通過靜電勢［12］和熱力學數據分析不同形態Cr（VI）在水中的轉變方向，從理論上計算不同形態六價鉻的分布狀態。……