Nghiên cứu hoạt tính ức chế ăn mòn sắt của một số dẫn xuất thiophene bằng phương pháp hóa tính toán

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
––––––––––

TRƯƠNG ĐÌNH HIẾU

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH ỨC CHẾ ĂN MÒN
SẮT CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT THIOPHENE
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA TÍNH TOÁN

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

Thừa Thiên Huế, năm 2016


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
––––––––––

TRƯƠNG ĐÌNH HIẾU

NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH ỨC CHẾ ĂN MÒN
SẮT CỦA MỘT SỐ DẪN XUẤT THIOPHENE
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA TÍNH TOÁN

: Hóa vô cơ
: 60440113

Chuyên ngành
Mã số

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
THEO ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. ĐÀO DUY QUANG

Thừa Thiên Huế, năm 2016
i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của
riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn
là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và
chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào
khác.

Tác giả luận văn

Trương Đình Hiếu

ii


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy
cô giáo khoa Hóa học, phòng Đào tạo Sau Đại học, Trường Đại học
Sư phạm Huế đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học cao
học.
Cảm ơn thầy giáo TS. Đào Duy Quang thuộc nhóm nghiên cứu

CCMS (Computational Chemistry and Material Science) của Viện
nghiên cứu và phát triển công nghệ cao, Trường Đại học Duy Tân,
Đà Nẵng đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất về máy
tính hiệu năng cao và các cơ sở vật chất khác để tôi nghiên cứu toàn
thời gian tại Trường Đại học Duy Tân.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS. TS. Phạm
Cẩm Nam của Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, cùng các thành
viên khác trong trong nhóm nghiên cứu CCMS tại Đà Nẵng như TS.
Phạm Lê Minh Thông, TS. Ngô Thị Chinh, NCS. Nguyễn Minh Thông,
NCS Đinh Tuấn, ThS. Nguyễn Phan Trúc Xuyên đã tạo nhiều điền
kiện nghiên cứu lý tưởng cho tôi thực hiện luận văn này, cũng như
đóng góp nhiều ý kiến chuyên môn quí báu.
Tôi xin cảm ơn TS. Ime Bassey Obot thuộc King Fahd
University of Petroleum and Minerals, Kingdom of Saudi Arabia, đã
giúp đỡ tôi thực hiện các mô phỏng động học phân tử.
Xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ, động
viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.
Mặc dù đã cố gắng để thực hiện luận văn một cách hoàn chỉnh
nhất, song không tránh được những sự sai sót. Tôi rất mong nhận
được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận
văn được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Đà Nẵng, tháng 9 năm 2016
Tác giả luận văn

Trương Đình Hiếu

iii

MỤC LỤC
Trang phụ bìa ........................................................................................................... i
Lời cam đoan........................................................................................................... ii
Lời cảm ơn .............................................................................................................iii
Mục lục ................................................................................................................... 1
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .................................................................... 3
Danh mục các đồ thị, hình vẽ................................................................................... 4
Mở đầu .................................................................................................................... 9
Chương 1: Tổng quan lý thuyết ............................................................................. 10
1.1. Ăn mòn kim loại ............................................................................................. 10
1.1.1. Ăn mòn kim loại ......................................................................................... 10
1.1.2. Các quá trình ăn mòn kim loại .................................................................... 10
1.2. Chất ức chế ăn mòn ......................................................................................... 12
1.2.1. Chất ức chế ăn mòn..................................................................................... 12
1.2.2. Cơ chế hoạt động của các chất ức chế ăn mòn ............................................. 13
1.3. Tổng quan các nghiên cứu về chất ức chế ăn mòn sử dụng lý thuyết phiếm hàm
mật độ (DFT) ........................................................................................................ 15
1.4. Các nghiên cứu về khả năng ức chế ăn mòn kim loại của các dẫn xuất
thiophene ............................................................................................................... 19
1.5. Kết luận Chương 1 .......................................................................................... 20
Chương 2: Tổng quan về l thuyết h a lượng tử và hương há t nh toán ........... 21
2.1. Phương trình Schrödinger ............................................................................... 21
2.1.1. Tổng quan về hương trình Schrödinger ..................................................... 21
2.1.2. Giải hương trình Schrödinger .................................................................... 23
2.2. Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) ................................................................ 25
2.2.1. Định lý Hohenberg–Kohn ........................................................................... 26
2.2.2. Phương há Kohn–Sham........................................................................... 27
2.2.3. Bộ hàm cơ sở (Basis Sets) ........................................................................... 29

1

2.3. Các thông số h a lượng tử ứng dụng trong dự đoán khả năng ức chế ăn mòn
kim loại của các hợ chất hữu cơ ........................................................................... 31
2.3.1. Orbital phân tử và năng lượng orbital phân tử ............................................. 31
2.3.2. Bề mặt thế năng tĩnh điện............................................................................ 32
2.3.3. Thế hóa học (μ) và ái lực điện tử tuyệt đối (χ) ............................................. 33
2.3.4. T số điện tử trao đổi giữa kim loại và chất ức chế ăn mòn (ΔN) ................ 34
2.3.5. Các hàm ukui ............................................................................................ 35
2.3.6. Moment lưỡng cực ...................................................................................... 36
2.4. Lý thuyết mô phỏng động học phân tử MD ..................................................... 36
2.4.1. Mô phỏng động học phân tử cổ điển (Classical MD)................................... 37
2.4.2. Mô phỏng động học phân tử lượng tử (quantum MD) ................................. 38
2.5. Đối tượng nghiên cứu và hương há t nh toán sử dụng ................................ 40
2.5.1. Các dẫn uất thio hene khảo sát ................................................................. 40
2.5.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 40
2.5.3. Phương há t nh toán h a lượng tử ........................................................... 41
2.5.4. Phương há mô hỏng động học phân tử MD ........................................... 43
2.6. Kết luận chương 2 ........................................................................................... 43
Chương : Kết quả và thảo luận ............................................................................ 45
3.1. Cấu tr c tối ưu, thông số h a lượng tử của các dẫn xuất thio hene ở dạng trung
hòa 45
3.1.1. Cấu tr c hình học tối ưu, cấu tr c or itals H M -

M , giản đồ SP và

các hàm ukui ....................................................................................................... 45
3.1.2. Các thông số h a lượng tử của năm dẫn xuất thiophene nghiên cứu ............ 51
3.2. Cấu tr c tối ưu, thông số h a lượng tử của các dẫn xuất thio hene ở dạng
roton h a ............................................................................................................. 58

3.3. Tương tác giữa chất ức chế ăn mòn đối với cluster Fe4.................................... 65
3.4. Phân t ch cơ chế chuyển điện tử giữa kim loại và chất ức chế ......................... 76
3.5. Mô phỏng động học phân tử (MD) .................................................................. 85
3.6. Kết luận Chương .......................................................................................... 87
Kết luận và kiến nghị ............................................................................................. 90

2


I. KẾT LUẬN........................................................................................................ 90
II. KIẾN NGHỊ...................................................................................................... 93
Tài liệu tham khảo ................................................................................................. 94
Phụ lục ............................................................................................................... PL1
Phụ lục SI.1 ....................................................................................................... PL 1
Phụ lục SI.2 ....................................................................................................... PL 3
Phụ lục SI.3 ....................................................................................................... PL 7
Phụ lục SI.4 ..................................................................................................... PL 10

3


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu, viết

TT

Tiếng Việt

Tiếng Anh

1

2–axetylthiophen

2–acetylthiophene

AT

2

2–fomylthiophen

2–formylthiophene

FT

3

2–metylthiophen–3–thiol

2–methylthiophene–3–thiol

MTT

4

2–pentylthiophen

2–pentylthiophene

PT

5

2–thenylthiol

2thenylthiol

TT

Electronegativity

χ

6

Ái lực điện tử tuyệt đối (độ âm
điện)

tắt

7

Chỉ số ái lực điện tử

Electrophilicity index

ω

8

Chỉ số ái nhân

Nulceophilicity index

ε

Độ chênh mức năng lượng

Energy of the gap beween ELUMO

HOMO–LUMO

and EHOMO

10

Độ cứng phân tử

Hardness

η

11

Độ mềm phân tử

Softness

S

12

Lý thuyết phiếm hàm mật độ

Density Functional Theory

DFT

13

Mô phỏng động học phân tử

Molecular dynamic

MD

Năng lượng orbital bị chiếm chỗ

Highest occupied molecular

cao nhất

orbital energy

Năng lượng orbital không bị

Lowest unoccupied molecular

chiếm chỗ thấp nhất

orbital energy

Orbital bị chiếm chỗ c năng

Highest occupied molecular

lượng cao nhất

orbital

Orbital không bị chiếm chỗ có

Lowest unoccupied molecular

năng lượng thấp nhất

orbital

T số điện tử trao đổi

The fraction of electrons transfer

9

14

15

16

17
18

4

Δ

L–H

EHOMO

ELUMO

HOMO

LUMO
ΔN


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
3.1.

Tên

Trang

Các thông số cấu trúc vòng thiophene của các dẫn

46

xuất thiophene ở dạng trung hòa trong pha khí, sử
dụng mức l thuyết P
3.2:

/6–311G(d,p)

Các thông số h a lượng tử tính trong pha khí (eV)

53

bằng các hương há khác nhau của các dẫn xuất
thiophene
3.3:

Các thông số h a lượng tử tính trong dung môi nước

54

(eV) bằng các hương há khác nhau của các dẫn
xuất thiophene
3.4.

Các thông số cấu trúc vòng thiophene của các dẫn xuất

60

thiophene ở dạng proton bền nhất trong pha khí, sử

dụng mức hương há
3.5:

P

/6–311G(d,p)

Các giá trị thông số h a lượng tử của dạng proton hóa

63

của các dẫn xuất thiophene trong pha khí, sử dụng 3
hương há khác nhau (đơn vị eV)
3.6:

Các giá trị thông số h a lượng tử của dạng proton hóa

64

của các dẫn xuất thiophene trong dung môi nước, sử
dụng
3.7:

hương há khác nhau (đơn vị eV)

Khoảng cách giữa cluster Fe với các chất ức chế (đơn

69

vị Ǻ) và các góc nhị diện (đo ằng o) trong vòng

thiophene
3.8:

Các giá trị đáng kể nhất của năng lượng tương tác ậc
hai giữa orbital cho và orbital nhận trong các phức
chất giữa Fe4 và TT. (Tất cả các t nh toán đều được
thực hiện ở hương há B

YP kết hợp với bộ hàm

cơ sở LanL2DZ cho nguyên tử Fe và 6-311G(d,p) cho
các nguyên tử C, S và H).

5

78


Bảng

Tên

Trang

3.9:

Các giá trị đáng kể nhất của năng lượng tương tác ậc

79

hai giữa orbital cho và orbital nhận trong các phức
chất giữa Fe4 và PT. (Tất cả các t nh toán đều được
thực hiện ở hương há B

YP kết hợp với bộ hàm

cơ sở LanL2DZ cho nguyên tử Fe và 6-311G(d,p) cho
các nguyên tử C, S và H).
3.10:

Các giá trị đáng kể nhất của năng lượng tương tác ậc

81

hai giữa orbital cho và orbital nhận trong các phức
chất giữa Fe4 và MTT. (Tất cả các t nh toán đều được
thực hiện ở hương há B

YP kết hợp với bộ hàm

cơ sở LanL2DZ cho nguyên tử Fe và 6-311G(d,p) cho
các nguyên tử C, S và H).
3.11:

Các giá trị đáng kể nhất của năng lượng tương tác ậc

82

hai giữa orbital cho và orbital nhận trong các phức
chất giữa Fe4 và FT.

3.12:

Các giá trị đáng kể nhất của năng lượng tương tác ậc

84

hai giữa orbital cho và orbital nhận trong các phức
chất giữa Fe4 và AT. (Tất cả các t nh toán đều được
thực hiện ở hương há B

YP kết hợp với bộ hàm

cơ sở LanL2DZ cho nguyên tử Fe và 6-311G(d,p) cho
các nguyên tử C, S, O và H).
3.13.

Năng lượng hấp phụ của các dẫn xuất thiophene
nghiên cứu lên bề mặt Fe(110) sử dụng mô phỏng
Monte Carlo (đơn vị: kcal/mol)

6

85


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình
2.1

Tên

Trang

Sự hấp phụ của HASI lên bề mặt Fe3O4 (a) và Fe2O3

38

(b) theo nghiên cứu của L. Feng và cộng sự [25]. Ion
sắt c màu chàm, Ion o i c màu đỏ.
2.2

Sự hấp phụ BTAH lên bề mặt Cu(001) và Cu(110)

39

trong nghiên cứu của S. Peljhan và A. Kokalj [24].
Các nguyên tử Cu trên bề mặt có màu sáng, các
nguyên tử thuộc các lớp bên trong có màu tối.
2.3

Công thức và đánh số thứ tự nguyên tử của năm dẫn

40

xuất thiophene nghiên cứu
3.1

Cấu trúc hình học, cấu trúc các orbital biên HOMO,

48

LUMO và giản đồ bề mặt thế năng (ESP) của (A) AT,
(B) FT, (C) PT, (D) MTT và (E) TT ở dạng trung hòa
trong pha kh t nh ở mức l thuyết APFD/6–
311G(d,p).
3.2

Cấu tr c ukui đối với các dạng trung hòa của 5 dẫn

50

xuất thio hene được nghiên cứu, mức hiển thị
isosurface 0,008 đối với cả f+ và f–, tính toán bằng
hương há
3.3

P

/6–311G(d,p)

Cấu hình tối ưu, cấu trúc orbital HOMO–LUMO, giản

59

đồ bề mặt thế năng của các dạng proton hóa bền nhất
của (A) AT, (B) FT, (C) PT, (D) MTT và (E) TT trong
pha khí tính ở mức lý thuyết APFD/6-311G(d,p).
3.4

Cấu trúc phân tử, cấu trúc orbital biên HOMO và

LUMO của tương tác giữa 2–acetylthiophene (AT) với
cluster Fe4, theo các kiểu tương tác: (A)1Fe–π, (B)
3Fe–π trong ha kh sử dụng hương há B

YP kết

hợp giữa bộ hàm LANL2DZ cho Fe và 6–311G(d,p)
cho các nguyên tử còn lại.

7

67


Hình
3.5

Tên
Cấu trúc phân tử, cấu trúc orbital biên HOMO và

Trang
68

LUMO của tương tác giữa 2–formylthiophene (FT) với
cluster Fe4, theo các kiểu tương tác: (A) 1Fe–π, (B)
3Fe–π, (C) 1Fe–O7 trong pha khí sử dụng hương
pháp B3LYP kết hợp giữa bộ hàm LANL2DZ cho Fe
và 6–311G(d,p) cho các nguyên tử còn lại.
3.6

Cấu trúc phân tử, cấu trúc orbital biên HOMO và

70

LUMO của tương tác giữa 2–metylthiophene–3–thiol
(MTT) với cluster Fe4, theo các kiểu tương tác: (A)
1Fe–π, (B) 3Fe–π, (C) 1Fe–S1 trong pha khí sử dụng
hương há B

YP kết hợp giữa bộ hàm LANL2DZ

cho Fe và 6–311G(d,p) cho các nguyên tử còn lại.
3.7

Cấu trúc phân tử, cấu trúc orbital biên HOMO và

71

LUMO của tương tác giữa 2–pentylthiophene (PT) với
cluster Fe4, theo các kiểu tương tác: (A) 1Fe–π, (B)
3Fe–π, (C) 1Fe–S1 trong pha khí sử dụng hương
pháp B3LYP kết hợp giữa bộ hàm LANL2DZ cho Fe
và 6–311G(d,p) cho các nguyên tử còn lại.
3.8

Cấu trúc phân tử, cấu trúc orbital biên HOMO và

72

LUMO của tương tác giữa 2–thenylthiol (TT) với

cluster Fe4, theo các kiểu tương tác: (A) 1Fe–π, (B)
3Fe–π, (C) 1Fe–O7 trong pha khí sử dụng hương
pháp B3LYP kết hợp giữa bộ hàm LANL2DZ cho Fe
và 6–311G(d,p) cho các nguyên tử còn lại
3.9

Năng lượng liên kết (eV) của các kiểu tương tác khác

75

nhau giữa các dẫn xuất thiophene với cluster Fe4.
3.10

Các kiểu tương tác hấp phụ bền nhất của các dẫn xuất
AT (a), FT (b), MTT (c), PT (d) và TT (e) lên bề mặt
Fe(110) sử dụng mô phỏng Monte Carlo trong pha khí

8

86


Mở đầu
Ăn mòn kim loại là nguyên nhân hàng đầu gây ra hư hỏng công trình xây
dựng như nhà cửa, cầu cống, các hương tiện giao thông (máy bay, xe, tàu biển...),
các đường ống dẫn dầu và kh đốt... Ăn mòn kim loại còn bao gồm cả hiện tượng ăn
mòn các bộ phận thay thế làm bằng kim loại trong con người, gây ảnh hưởng lớn
đến sức khỏe con người. Vì vậy, ngân sách các quốc gia phải chi trả để giải quyết
các hậu quả do ăn mòn gây ra ngày càng lớn.
Hiện nay, nhiều biện há đã được nghiên cứu và áp dụng nhằm giảm thiểu

tác động của ăn mòn kim loại. Trong số các biện pháp chống ăn mòn đang được sử
dụng, hương háp sử dụng chất ức chế ăn mòn là một trong những hương há
đem lại hiệu quả cao và kinh tế.
Các hợp chất hữu có có khả năng ức chế ăn mòn là các hợp chất có dị vòng
thơm chứa các dị tố là O, N, S và P. Một phần không nhỏ các hợp chất chống ăn
mòn đang được sử dụng là những hợp chất có nguồn gốc từ thiên nhiên, được gọi là
“chất ức chế ăn mòn anh”. Ở các nước c đa dạng sinh học cao như Việt Nam, ta
có thể tìm ra được nhiều nguồn sản phẩm thiên nhiên có tiềm năng được làm chất
ức chế ăn mòn. Đặc điểm của các “chất ức chế ăn mòn anh” là c trữ lượng lớn, có
thể tái sinh, sẵn có, thân thiện với môi trường và có thể bị phân hủy bởi các enzym
của các loài sinh vật. Ngoài ra, những đặc điểm về cấu trúc của các chất ức chế ăn
mòn anh cũng đá ứng được điều kiện để làm chất ức chế ăn mòn với hiệu quả tốt.
Trong bối cảnh như vậy, các hướng nghiên cứu và tiếp cận cho vấn đề chống
ăn mòn ằng cách sử dụng “chất ức chế ăn mòn anh” để thay thế cho các chất ức
chế tổng hợ đang trở nên rất cần thiết và c

nghĩa.

Vì vậy trong đề tài này, tôi đề xuất nhiệm vụ: “Nghiên cứu hoạt tính ức chế
ăn mòn sắt của một số dẫn xuất thiophene bằng phương pháp hóa tính toán”.

9


Chương 1: Tổng quan lý thuyết
1.1. Ăn mòn kim loại
1.1.1. Ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là hiện tượng ăn mòn và há hủy dần dần bề mặt của các
vật liệu kim loại hoặc hợ kim dưới tác dụng của các chất c trong môi trường cùng
với sự tham gia của các yếu tố khác như nhiệt độ, độ ẩm... Khi kim loại hay hợp

kim bị ăn mòn, các đặc tính của kim loại dần dần bị thay đổi, như tính bền, dẫn
điện, dẫn nhiệt, ánh kim…
Ăn mòn kim loại đã và đang gây ra nhiều hậu quả đối với nền kinh tế của
mỗi quốc gia. Sự ăn mòn kim loại đối với kết cấu sắt thép trong các công trình kiến
trúc làm cho các công trình này bị hư hại nghiêm trọng đồng thời làm mất đi vẻ mỹ
quan. Ăn mòn kim loại còn gây ra nhiều tác động xấu đối với các hương tiện giao
thông vận tải như e cộ, máy bay, tàu thủy… Đối với nền công nghiệ , ăn mòn kim
loại là nguyên nhân gây ra sự hỏng h c đối với các thiết bị máy. Trong quá trình
làm việc ở nhiệt độ cao và các điều kiện khác th c đẩy sự ăn mòn, việc các bộ phận
này thường xuyên cần được duy tu và thay thế là không tránh khỏi.
Với nhiều hậu quả như vậy, kinh h để các quốc gia chi trả ra nhằm giảm
thiểu tác động của sự ăn mòn kim loại mỗi năm là rất lớn.
1.1.2. Các quá trình ăn mòn kim loại
Về bản chất, ăn mòn kim loại là sự oxi hóa kim loại tạo thành ion kim loại
dưới tác dụng của các tác nhân o i h a c trong môi trường. Quá trình ăn mòn kim
loại được biểu diễn thành hai quá trình oxi hóa và quá trình khử như sau:
Quá trình oxi hóa:

M 
 Mm  me
Quá trình khử:

X  xe 
 X x

10


Dựa vào cơ chế phản ứng xảy ra trong quá trình ăn mòn kim loại, sự ăn mòn
kim loại được chia làm 2 loại chính như sau:

(i)

Ăn mòn hóa học
Ăn mòn h a học là sự phá hủy kim loại dưới tác dụng của các tác nhân oxi

h a c trong môi trường ở nhiệt độ cao như trong lò đốt, các động cơ đốt trong hoặc
trong các thiết bị thường xuyên tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao. Bản chất của
sự ăn mòn là sự dịch chuyển trực tiế các điện tử tự do (là các điện tử dùng chung
trong mạng lưới tinh thể kim loại) từ mạng lưới tinh thể kim loại sang môi trường
oxi hóa. Kim loại chuyển thành ion dương và dịch chuyển vào trong môi trường
hoặc kết hợp với các anion c trong môi trường tạo ra sản phẩm là các hợp chất bền
[1]. Đặc điểm của ăn mòn h a học là không hát sinh ra dòng điện. Nhiệt độ của
quá trình ăn mòn càng cao, khả năng ăn mòn càng mạnh.
(ii)

Ăn mòn điện hóa
Ăn mòn điện hóa là quá trình phá hủy kim loại (hay hợp kim) do tiếp xúc với

dung dịch chất điện li tạo ra các điện cực dưới tác dụng của các tác nhân oxi hóa có
trong môi trường. Ăn mòn điện hóa là sự ăn mòn c tạo ra dòng điện. Đây là là quá
trình ăn mòn kim loại rất phổ biến, như quá trình ăn mòn vỏ tàu biển, các ống kim
loại trong lòng đất, các kết cấu thép trong các công trình, các hương tiện giao
thông vận tải... So với ăn mòn h a học, ăn mòn điện hóa xảy ra nhanh hơn và không
yêu cầu về nhiệt độ cao.

o đ , chống ăn mòn kim loại chủ yếu là chống các quá

trình ăn mòn điện hóa xảy ra.
Về cơ chế, sự ăn mòn điện hóa xảy ra tại hai điện cực anode và cathode như sau:
 Điện cực anode: là điện cực xảy ra quá trình o i h a điện hóa, kim loại

nhường điện tử tạo thành cation (có dạng Mm+). Các cation chuyển từ
điện cực anode vào trong dung dịch, trong khi điện tử chuyển từ điện cực
anode sang điện cực cathode. Bán phản ứng ở anode được biểu diễn như
sau:

M 
 Mm  me
 Điện cực cathode: là điện cực xảy ra quá trình khử điện hóa, quá trình
này cần phải có một chất o i h a để nhận điện tử từ kim loại (hay từ điện

11


cực anode). Các chất oxi hóa là những chất c trong môi trường, thường
là O2, Cl2, NxOy, H2O(h),... Bán phản ứng ở cathode xảy ra như sau

X  xe 
 X x

1.2. Chất ức chế ăn mòn
1.2.1. Chất ức chế ăn mòn
Hiện nay có nhiều biện há đã được nghiên cứu và áp dụng để giảm thiểu
hiện tượng ăn mòn kim loại như: hương há hợp kim hóa, bao phủ bảo vệ, điện
hóa, sử dụng chất ức chế ăn mòn... Trong các iện há đã được sử dụng, hương
pháp sử dụng chất ức chế ăn mòn là một trong những hương há đem lại hiệu quả
cao nhất.
Chất ức chế ăn mòn được định nghĩa là các hợp chất (vô cơ hoặc hữu cơ)
được đưa vào môi trường với một hàm lượng nhỏ nhằm giảm đáng kể quá trình ăn
mòn kim loại. Hiệu quả ức chế ăn mòn (ni) được định nghĩa là tỉ lệ giữa độ giảm
mức độ ăn mòn vật liệu khi có mặt chất ức chế ăn mòn so với mức độ ăn mòn khi

không có mặt chất ức chế ăn mòn. Hiệu quả ức chế (ni) được t nh như sau:
ni 

ic ,0  ic

(1.1)

ic ,0

trong đ ic và ic,0 lần lượt là mức độ ăn mòn vật liệu khi có và không có mặt chất ức
chế ăn mòn. Với sự có mặt của chất ức chế ăn mòn kim loại, quá trình ăn mòn trên
kim loại có thể giảm đến 98% [2].
Hiện nay, các hợp chất được sử dụng làm chất ức chế ăn mòn thường là các
hợp chất hữu cơ hoặc các loại olymer sơn hủ, những chất có khả năng hấp phụ
hóa học lên bề mặt của kim loại. Trong đ , các hợp chất hữu cơ đã và đang được
nghiên cứu và ứng dụng phổ biến vì có những đặc điểm tốt về cấu tr c để có thể
làm chất ức chế ăn mòn kim loại. Những hợp chất này có tiềm năng hấp phụ lên bề
mặt của kim loại và hình thành nên một lớp màng bao phủ, bảo vệ kim loại khỏi sự
tấn công của các tác nhân o i h a c trong môi trường.
Các chất ức chế ăn mòn c thể được chia thành 2 loại tùy thuộc khả năng
tương tác của nó với môi trường hay bề mặt kim loại [2].

12


(i)

Chất loại trừ tác nhân ăn mòn:
Chất loại trừ tác nhân ăn mòn là những chất được đưa vào môi trường nhằm

loại trừ các tác nhân c t nh o i h a trong môi trường như hydrazine (N2H4), natri
sunfit (Na2SO3), kh sunfurơ (S

2)…

Sự ăn mòn vật liệu có thể được khống chế

bằng cách đưa các chất có khả năng hản ứng với các chất oxi hóa có trong môi
trường.
Ưu điểm của các hợp chất này là rẻ tiền, dễ kiếm do chúng có thể thu được
từ quá trình sản xuất các hợp chất khác. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của các
hợp chất này là hiệu quả chống ăn mòn không cao, chỉ phù hợp với một số điều kiện
nhất định, có thể tạo ra nhiều hợp chất khó xử l , đồng thời lượng chất ức chế ăn
mòn cần phải được thường xuyên bổ sung do chúng bị mất đi trong quá trình hản
ứng với các tác nhân o i h a c trong môi trường.
(ii)

Chất ức chế ăn mòn ở bề mặt tiếp xúc pha:
Chất ức chế ăn mòn ở bề mặt tiếp xúc pha là những chất được thêm vào để

khống chế quá trình ăn mòn ằng cách tạo lớ màng ngăn cách ở bề mặt tiếp xúc
giữa kim loại với môi trường. Một số chất ức chế ăn mòn đang được nghiên cứu và
sử dụng hiện nay như: các dị vòng thơm của pyrrole, imidazoline, pyran, thiophene,
seleno hene… và các dẫn xuất của chúng. Chất ức chế ở bề mặt tiếp xúc pha lại
được chia thành các loại là chất ức chế anode, cathode hay chất ức chế ăn mòn hỗn
hợp dựa vào việc chúng ức chế các phản ứng điện hóa ở anode, cathode hay cả hai.
So với các chất loại trừ tác nhân ăn mòn, hiệu quả ức chế của các chất ức chế
ở bề mặt tiếp xúc pha là tốt hơn và thời gian ức chế chế ăn mòn xảy ra lâu dài hơn.
Ngoài ra, các chất ức chế ăn mòn còn c thể được chiết xuất từ các chất trong tự
nhiên. Vì vậy, các hợp chất ức chế ăn mòn loại này đã và đang được các nhà khoa

học nghiên cứu ngày càng nhiều hơn cả trong lý thuyết lẫn thực nghiệm.
1.2.2. Cơ chế hoạt động của các chất ức chế ăn mòn
Năm 1981, Sanyal đã giải thích về sự phân loại và cơ chế hoạt động của các
chất ức chế ăn mòn kim loại [3]. Theo đ , chất ức chế ăn mòn khi hấp phụ lên bề
mặt kim loại có khả năng nhường cặ điện tử tự do hoặc các điện tử π trong hệ liên

13


hợp của mình vào các orbital d trống của kim loại để hình thành nên các liên kết
phối trí. Các liên kết này giúp cho sự hấp phụ phân tử chất ức chế lên bề mặt kim
loại xảy ra tốt hơn. Các chất ức chế hình thành nên một lớp màng che phủ, ngăn
không cho kim loại tương tác với các tác nhân oxi hóa của môi trường. Ngoài ra,
các phân tử hữu cơ này cũng c thể nhận các điện tử tự do trên bề mặt kim loại bằng
cách sử dụng các orbital phản liên kết thuộc các liên kết bội (π*) hoặc các orbital
trống của các nguyên tử c độ âm điện lớn. Điều này làm cho các điện tử trên bề
mặt kim loại giảm đi, do đ

ề mặt kim loại khó phản ứng với các tác nhân oxi hóa

c trong môi trường (điện tử bị giữ lại giữa bề mặt kim loại và chất ức chế ăn mòn
nên khó bị các tác nhân nhận điện tích hút về). Kết quả của quá trình này là khả
năng ức chế ăn mòn được tăng lên.
Như vậy, phân tử của các hợp chất ức chế ăn mòn hải có các cặ điện tử tự
do và có hệ liên hợp π để có thể đẩy điện tử vào orbital d trống của kim loại. Đồng
thời, các phân tử này cũng c khả năng nhận điện tử từ bề mặt kim loại vào các
orbital phản liên kết của các orbital π và các orbital của các nguyên tố c độ âm
điện cao trong cấu trúc phân tức chất ức chế ăn mòn [2].
Ngày nay, các hợp chất hữu cơ chứa dị vòng thơm với các dị tố , N, S, P…
và các dẫn xuất của ch ng đang được nghiên cứu và ứng dụng làm chất ức chế ăn

mòn [5]–[22]. Đặc điểm cấu trúc của các hợp chất này là phân tử chứa các cặ điện
tử tự do thuộc các dị tố ( , N, S và P) và các điện tử π của hệ liên hợp của dị vòng.
Nhiều kết quả thực nghiệm và lý thuyết đã chỉ ra rằng, các hợp chất dị vòng của
furan, yrrole, thio hene… và các dẫn xuất của chúng có hiệu quả ức chế ăn mòn
rất tốt [11], [17], [20]. Sự ức chế ăn mòn kim loại của các hợp chất ức chế ăn mòn
thường xảy ra theo một trong a cơ chế dưới đây [2]:
(i)

Chất ức chế ăn mòn hấp phụ hóa học lên bề mặt kim loại và hình thành màng

phim bảo vệ. Từ đ chất ức chế ăn mòn ảo vệ kim loại bằng cách cản trở sự tấn
công của các tác nhân ăn mòn, hoặc bằng cách kết hợp ion của chất ức chế ăn mòn
lên bề mặt kim loại.
(ii)

Chất ức chế ăn mòn hấp phụ hóa học lên lớp oxit trên bề mặt kim loại và bảo

vệ nó, từ đ ngăn cản sự tấn công của các tác nhân ăn mòn.

14


(iii)

Chất ức chế ăn mòn hản ứng với các chất có tiềm năng ăn mòn trong môi

trường, tạo thành phức chất sản phẩm.

1.3. Tổng quan các nghiên cứu về chất ức chế ăn mòn sử dụng
lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT)

Nhiều nghiên cứu đã sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (

T) như một

công cụ để tính toán các giá trị thông số h a lượng tử của các phân tử chất ức chế ăn
mòn tiềm năng, và thiết lập mối liên hệ định lượng giữa cấu trúc và hoạt tính ức chế
ăn mòn (QS R) của chúng. Các thông số h a lượng tử thường được tính toán để dự
đoán hoạt tính ức chế ăn mòn như là năng lượng or ital H M ,
năng lượng HOMO-

M , độ lệch

M , độ cứng phân tử, ái lực điện tử tuyệt đối, chỉ số ái

nhân, t lệ điện tử trao đổi…
Feng và cộng sự [26] đã sử dụng hương há B

YP/6– 1G(d, ) để tính

toán các phân tử 5,10,15,20–tetraphenylporphyrin (TTP) và 5,10,15,20–tetra–(4–
chlorophenyl)porphyrin (TCIPP). Giá trị năng lượng H M

và

M

đã được

tính toán. Kết quả cho thấy giá trị năng lượng HOMO của TTP (–505,67kJ/mol) là
cao hơn so với giá trị năng lượng HOMO của TCIPP (–54 ,67kJ/mol). Như vậy,

tương tác giữa TTP đối với bề mặt kim loại là bền hơn so với tương tác của TCIPP.
Sahin và cộng sự [27] đã nghiên cứu về khả năng ức chế ăn mòn của ba hợp
chất dị vòng là: 3–amino–1,2,4–triazole (3–ATA), 4–hidroxyl–2H–1–benzopyran–
2–one (4–HQ), và 4–hidroxy–3–(1H–1,2,4–triazole–ylazo)–2H–1–benzopyran–2–
one (3–ATA–Q) bằng cách sử dụng hương há B
h a lượng tử, bao gồm năng lượng HOMO–

YP/6–31G(d). Các thông số

M , độ chênh lệch năng lượng, điện

tích nguyên tử, moment lưỡng cực, năng lượng phân tử và năng lượng tương tác đã
được tính toán. Kết quả chỉ ra rằng hiệu quả ức chế ăn mòn kim loại và diện tích bề
mặt tiế

c tăng với sự gia tăng nồng độ của 3–ATA và 3–ATA–Q. Trong khi đ ,

tốc độ ăn mòn kim loại lại tăng khi nồng độ của 4–HQ vượt quá so với nồng độ cần
thiết đối với sự ức chế ăn mòn. Các kết quả thu được là hoàn toàn phù hợp với các
giá trị thực nghiệm.

15


Zhang và cộng sự [28] đã nghiên cứu về khả năng ức chế ăn mòn của
imidazole, benzimidazole và các dẫn xuất của nó ở mức lý thuyết B3LYP/6–31G*
(tương đương mức lý thuyết B3LYP/6-31G(d,p)). Các giá trị của thông số hóa
lượng tử đã được tính ra, bao gồm EHOMO, ELUMO, độ chênh lệch mức năng lượng,
điện tích phân bố, moment lưỡng cực và chỉ số tương tác hân tử (MCI). Theo các
kết quả thu được, giá trị EHOMO là thông số h a lượng tử quan trọng nhất được sử

dụng để đánh giá chiều hướng ức chế ăn mòn của các chất. Giá trị EHOMO càng lớn,
khả năng ức chế ăn mòn kim loại càng tăng. Kết quả về các thông số h a lượng tử
đối với urea, thiourea, acetamide, thioacetamide, semicarbazide, thiosemicarbazide,
methoxybenzaldehyde

thiosemicarbazone,

benzoin

thiosemicarbazone,

2–

acetylpyridine–(4–phenyl)thiosemicarbazone và benzyl thiosemicarbazone, sử dụng
các hương há ab initio RHF/6–31G (d), MP2/6– 1G (d) và các hương há
DFT B3LYP/STO–3G, B3LYP/6–21G, B3LYP/3–21G với sự hỗ trợ của một số chỉ
số hình học topological (topological index). Các thông số h a lượng tử của các chất
được sử dụng để đánh giá khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất, bao gồm
EHOMO, độ phân cực, moment lưỡng cực, các giá trị or ital iên, tương tác hấp phụ
giữa bề mặt kim loại và chất ức chế ăn mòn. Các kết quả thu được có giá trị chênh
lệch rất ít so với thực nghiệm.

o đ , các mô hình này hoàn toàn c thể được sử

dụng để dự đoán các dẫn xuất khác của imidazole và benzimidazole.
Ảnh hưởng của các nhóm thế methyl, phenyl và mercapto lên cấu tr c điện
tử của các hợp chất ức chế ăn mòn thuộc dẫn xuất imidazole đã được khảo sát bằng
cách sử dụng công cụ t nh toán h a lượng tử [29]. Xu hướng tương tác giữa chất ức
chế ăn mòn đối với bề mặt kim loại được xét dựa trên giá trị độ cứng phân tử. Giá
trị này được sử dụng để đặc trưng cho t nh trơ của phân tử. Phân tử c độ cứng càng

lớn thì càng kh tham gia các tương tác h a học. Kết quả cho thấy các nhóm thế
methyl, merca to làm tăng giá trị của độ cứng phân tử do giảm ái lực điện tử tuyệt
đối. Ngược lại, nhóm phenyl lại làm giảm độ cứng phân tử và làm tăng ái lực điện
tử tuyệt đối của các dẫn xuất imidazole.

o đ , các dẫn xuất chứa nhóm thế phenyl

tương tác hấp phụ với bề mặt kim loại là bền hơn so với các nhóm thế chứa nhóm

16


metyl và mercapto. Kết quả là khả năng ức chế ăn mòn của các dẫn xuất chứa nhóm
thế henyl là cao hơn đối với các dẫn xuất imidazole.
Lý thuyết hàm mật độ sử dụng phiếm hàm B3LYP/6– 11G(d, ) đã được sử
dụng để ác định cấu trúc và các thông số h a lượng tử của hai hợp chất formazan
2–(phenyl(2–phenylhidrazinyl)methylene)hidrazinecacboxamine (FB) và 2–((4–
dimethylamino)phenyl)(2–phenylhydrazinyl)methylene)hidrazinecarboxamide (FD)
[30]. Các chất này được sử dụng như chất ức chế ăn mòn của 2 hợp chất đối với
thép nhẹ trong môi trường axit. Kết quả tính toán các thông số h a lượng tử đã chỉ
ra rằng khả năng ức chế ăn mòn kim loại của

là cao hơn so với B. Điều này

hoàn toàn phù hợp với các kết quả từ thực nghiệm. Bảng 1.1 liệt kê một số hương
pháp phiếm hàm mật độ (DF), mức lý thuyết sử dụng và các hợp chất hữu cơ đã
được khảo sát hiệu quả ức chế ăn mòn cho các loại kim loại trong các môi trường
khác nhau.
Một nghiên cứu về khả năng ức chế ăn mòn thé trong môi trường axit HCl
1M đối với benzimidazole (BI) và hai dẫn xuất của nó có tên là 2–

methylbenzimidazole (2–CH3BI) và 2–mercaptobenzimidazole (2–SHBI) đã sử
dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ bằng hương há B

YP/6–311G++(d,p) [31].

Các thông số h a lượng tử đã được tính toán và sử dụng để ác định khả năng ức
chế ăn mòn của ba hợp chất ở trạng thái trung hòa và proton hóa, bao gồm: EHOMO,
ELUMO, độ chênh mức năng lượng (Δ ), moment lưỡng cực (μ), ái lực điện tử tuyệt
đối (χ), độ cứng phân tử (η) và t lệ trao đổi điện tích giữa chất ức chế ăn mòn với
kim loại (ΔN). Kết quả về khả năng ức chế ăn mòn cho thấy, 2–SHBI là chất ức chế
ăn mòn tốt nhất và BI là chất ức chế ăn mòn kém nhất trong số 3 dẫn xuất được
nghiên cứu. Kết quả này hoàn toàn phù hợp so với thực nghiệm.

17


Bảng 1.1: Một số hương há
HữU

Mức lý thuyết
B3LYP/6–31+G*

B3LYP/6–31G(d)

B3LYP/
6–311G++(d,p)
BLYP/DNP

B3LYP/
6–31G(d,p)

B3LYP/
6–31G++(d,p)

, bộ hàm cơ sở và các hợp chất ức chế ăn mòn

cơ đã được nghiên cứu trong lý thuyết

Tên hợp chất
Oxalyl-dihydroxamic acid; pimeloyl-1,5-di-hydroxamic acid
N,N-bis(3,5-dimethyl-pyrazol-1-ylmethyl)-cyclohexylamine;
N,Nbis(3,5-dimethyl-pyrazol-1-ylmethyl)-ethanolamine;
N,N-bis(3,5dimethyl-pyrazol-1-ylmethyl)allylamine;
N,N-bis(3-carboethoxy-5methylpyrazol-1-ylmethyl)-cyclohexylamine;
2-amino-1,3,4thiadiazoles; 2-amino-5-methyl-1,3,4-thiadiazoles; 2-amino-5-ethyl1,3,4-thiadiazoles; 2-amino-5-propyl-1,3,4-thiadiazoles; 2-(4-pyridyl)benzimidazole; một số dẫn xuất của 1-(2-aminoethyl)-2-alkylimidazole; một số dẫn xuất mới của bipyrazole; một số dẫn xuất của
triazolyl
bis-amino
acid;2-(6-methylpyridin-2-yl)oxazolo[5,4f][1,10]phenanthroline
Benzimidazole; 2-methylbenzimidazole;2-mercaptobenzimidazole; 2[4-(Methylthio)phenyl] acetohydrazide; 5-[4-(methylthio)benzyl]-4H1,2,4-triazole-3-thiol
1-hydroxyethyl-2-heptadecylimidazoline;
1-aminoethyl-2heptadecylimidazoline
5-sulfadiazineazo-3-phenyl-2-thioxo-4-thiazolidinone;
5sulfamethazineazo-3-phenyl-2-thioxo-4-thiazolidinone;
5sulfadimethoxineazo-3-phenyl-2-thioxo-4-thiazolidinone;
5sulfamethoxozoleazo-3-phenyl-2-thioxo-4-thiazolidinone;
2(phenyl(2-phenylhydrazinyl)methylene)-hydrazinecarboxamide; 2-((4(dimethylamino)phenyl)(2phenylhydrazinyl)methylene)Hydrazinecarboxamide; một số dẫn xuất của lauric hydrazide; 2thiobenzylbenzimidazole;
2thiomethylbenzimidazole;
2mercaptobenzimidazole; 2-aminobenzimidazole; 1,3-benzothiazole;
benzotriazole; 2-methylbenzimidazole; 2-(2-pyridyl)benzimidazole; 2(aminomethyl)benzimidazole; 5-amino-3-mercapto-1,2,4-triazole; 2hydroxybenzimidazole, Benzimidazole; 5-amino-1,2,4-triazole; một số
hợp chất pyrazine

Một số dẫn xuất của lactone; 5-amino 1,2,4-triazole;5-amino-3mercapto 1,2,4triazole; 5-amino-3-methylthio 1,2,4triazole; 1-amino-3-methylthio 1,2,4triazole

Nguồn
[32]

[5], [33]–
[38]

[39], [40]
[41]

[42]–[47]

[48], [49]

Như vậy, các công cụ hóa tính toán đã chứng tỏ sự hiệu quả cao và chính xác
trong việc phỏng đoán hiệu quả và cơ chế ức chế ăn mòn của rất nhiều chất hữu cơ
khác nhau. Điều này giúp cho quá trình nghiên cứu hiệu quả chất ức chế và thiết kế
chất ức chế mới trở nên nhanh hơn và tiết kiệm hơn rất nhiều so với nghiên cứu
thực nghiệm. Mặt khác, các nghiên cứu hóa tính toán chính xác có thể đ ng vai trò
như “ngọn hải đăng” dẫn đường cho việc thiết kế và thực hiện các nghiên cứu thực
nghiệm.

18


1.4. Các nghiên cứu về khả năng ức chế ăn mòn kim loại của
các dẫn xuất thiophene
Thiophene và dẫn xuất của thiophene là những hợp chất hữu cơ trong hân
tử chứa vòng 5 cạnh thơm chứa dị tố lưu huỳnh S (vòng 5 cạnh có 2 liên kết đôi

C=C kế tiếp nhau). Trong số các loại hợp chất ức chế ăn mòn đã được nghiên cứu,
thiophene và các dẫn xuất của thio hene đã cho nhiều kết quả tốt cả về thực nghiệm
và lý thuyết.
Đặc điểm của các dẫn xuất thiophene là nguyên tử S c độ âm điện không
quá lớn, do đ mật độ điện tử tại các orbital π trong các liên kết đôi C=C là cao hơn
so với các dị vòng chứa nguyên tử

và N. Như vậy, khả năng cho điện tử của các

dẫn xuất thiophene vào các orbital d trống của kim loại là khá cao. Các dẫn xuất
thio hene được dự đoán là c khả năng hấp phụ tốt lên bề mặt kim loại. Tuy nhiên,
nguyên tử S c độ âm điện thấ cũng mang đến một hạn chế là các dẫn xuất
thiophene khó có khả năng nhận điện tử từ bề mặt kim loại (trừ các dẫn xuất chứa
nhóm thế h t điện tử mạnh). Khả năng nhận điện tử của các dẫn xuất thiophene
được dự đoán là ảy ra ở hệ liên hợp π–π của vòng thiophene.
Nhiều nghiên cứu thực nghiệm đã chứng mình khả năng ức chế ăn mòn của
các dẫn xuất thiophene là rất tốt. Một số dẫn xuất thio hene được nghiên cứu tính
chất và hoạt tính ức chế ăn mòn như: nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn của
thiophene,

2–thienylmethanol,

methyl

2–thiophenecarboxylate,

ethyl

2–

thiophenecarboxylate, 5–tert–butoxythiophene–2–carbaldehydephenylhidrazol và
axit 5–tert–butoxythiophene–2–car o ilic đối với thé trong môi trường H2SO4
0,5M [9]; di–n–butyl bis(thiophene–2–carboxylato– , ’) tin(IV) đối với thép A106
trong dung dịch NaCl [10]. Các kết quả cho thấy, các dẫn xuất thiophene có tiềm
năng làm chất ức chế ăn mòn tốt.
Một số nghiên cứu lý thuyết cũng đã khảo sát hiệu quả ức chế ăn mòn của
một số dẫn uất của thio hene. Camacho và cộng sự [4] đã nghiên cứu các hợp chất
hữu cơ dị vòng cơ ản, gồm fural, pyrrole, thiophene và selenophene. Kết quả cho
thấy thiophene có tiềm năng để sử dụng làm chất ức chế ăn mòn với đặc tính là khả
năng cho điện tử rất mạnh. Gece [50] đã nghiên cứu hoạt tính ức chế ăn mòn của 2–

19


methylthiophene và 2–(aminomethyl)thiophene đối với thé trong môi trường axit.
Nghiên cứu đã sử dụng B3LYP/6– 11G để ác định các thông số cấu trúc và các
thông số h a lượng tử để từ đ đánh giá và so sánh khả năng ức chế ăn mòn của hai
hợp chất. Khaled và Mobarak [51] đã nghiên cứu về este methyl 2–
thiophenecarboxylat. Cấu tr c điện tử, các thông số h a lượng tử và tương tác giữa
dẫn xuất thiophene với bề mặt kim loại đã được khảo sát. Nhiều dẫn xuất khác của
thiophene cũng được nghiên cứu nhằm đánh giá hoạt tính, ví dụ như metyl 2thiophenecarboxylat [52]; axit 2-thiophenecarboxylic và 2-thiophene carboxylic
hidrazin [53];…
Tóm lại, các thông số h a lượng tử của các dẫn xuất thio hene đã nghiên cứu
trong lý thuyết đã chỉ rõ về tiềm năng ức chế ăn mòn tốt của các dẫn xuất này.

1.5. Kết luận Chương 1
Trong số các biện pháp chống ăn mòn kim loại, biện pháp sử dụng các chất
ức chế ăn mòn là một trong số các biện pháp có hiệu quả. Vì vậy, nghiên cứu và sử
dụng các hợp chất có khả năng ức chế ăn mòn kim loại đã và đang nhận được nhiều
sự quan tâm. H a t nh toán đang được áp dụng một cách hiệu quả vào việc nghiên

cứu các hợp chất ức chế ăn mòn. Các hương há

đã và đang gi

cho việc

khảo sát và đánh giá khả năng ức chế ăn mòn của các hợp chất hữu cơ một cách rất
hiệu quả.
Các hợp chất hữu cơ chứa dị tố S, N, P và O trong dị vòng thơm đang nhận
được quan tâm lớn trong ứng dụng làm chất ức chế ăn mòn. Trong đ , các dẫn xuất
của thio hene ngày càng được quan tâm bởi khả năng cho điện tử mạnh vào các
orbital d trống của kim loại. Ch nh điều này giúp cho các dẫn xuất thiophene có khả
năng hấp phụ mạnh lên bề mặt kim loại và hiệu quả ức chế ăn mòn cao.

20


Chương 2: Tổng quan về lý thuyết hóa
lượng tử v hương há t nh toán
Cơ sở của các hương há h a lượng tử là lý thuyết về các hương há
giải hương trình Schrödinger mô tả các trạng thái về sự tồn tại và năng lượng của
hệ phân tử khảo sát. Ngày nay, nhiều hương há mới được dùng để giải nhanh và
ch nh ác hương trình Schrödinger vẫn đang được nghiên cứu và phát triển cả
trong lý thuyết lẫn kỹ thuật lậ trình. Trong chương này, những nguyên l căn ản
nhất về các hương há h a t nh toán sẽ được trình ày, trong đ tập trung vào sự
ảnh hưởng của hương há t nh và ộ hàm cơ sở lên độ chính xác của kết quả tính.
Ngoài ra, cách tính các thông số h a lượng tử và

nghĩa của ch ng đối với việc

đánh giá khả năng ăn mòn cũng sẽ được giải thích.

2.1. Phương trình Schrödinger
2.1.1. Tổng quan về hương trình Schrödinger
Phương trình Schrödinger, được nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger đề
nghị vào năm 1926, iểu diễn hàm s ng Ψ(x,t) phụ thuộc vào tọa độ của hạt và thời
gian [54] như sau:


2
 ( x, t )
 2  ( x, t )

 V ( x, t )  ( x, t )
i
t
2m
x 2

(2.1)

Phương trình (2.1) được gọi là hương trình Schrondinger hụ thuộc vào
thời gian (time–dependent Schrödinger equation). Trong đ
lượng của hạt và V(x,t) là hàm thế năng của hệ, ħ (với

i  1 , m là khối

 h / 2 ) là hằng số Plank

thu gọn.

Hàm sóng cung cấp mọi thông tin về hệ bao gồm trạng thái biến đổi của hệ.
Hàm  ( x, t ) là hàm ác định xác suất tìm thấy hạt trong vùng tọa độ x.
2

Hàm s ng Ψ(x,t) phụ thuộc vào hàm tọa độ và hàm thời gian.
viết hàm sóng bằng tích của hai hàm tọa độ và thời gian như sau:

21

o đ c thể