ИК спектры гидратированного CaSO$_4$ в среднем инфракрасном диапазоне

Статья посвящена исследованию влияния влажности образцов алебастра (строительного гипса) на форму их ИК спектров в диапазоне волновых чисел 500-4000 см$^{-1}$. Для этого экспериментальными методами нарушенного полного внутреннего отражения исследованы ИК спектры дистиллированной воды и образцов алебастра с влажностью 0, 26, 106, 132, 159, 185 и 212% при температуре 23$^{\circ}С$. Методами, базирующимися на использовании теории функционала плотности с обменно-корреляционным потенциалом XLYP, рассчитаны волновые числа и интенсивности компонентов ИК спектров кластеров CaSO$_4$(H$_2$O)$_n$ для $0 < n < 16$. С помощью гауссовых кривых с ширинами, оцененными из эксперимента, определены формы полос валентных колебаний воды. При расчете структуры CaSO$_4$(H$_2$O)$_n$ выполнена оптимизация положений атомов в различных структурных модификациях кластеров. В качестве критерия выбора оптимальной структуры кластера служило минимальное значение полной энергии, а для кластеров с большим числом атомов этот критерий применялся к изначально выбранному изомеру. На основе результатов расчетов объяснены трансформации измеренных спектров (изменения волновых чисел и интенсивностей) при изменении влажности образцов. Сравнение экспериментальных и теоретических спектров в диапазоне волновых чисел 3500-3900 см$^{-1}$ позволило отнести исследованный порошок алебастра к совокупности кластеров разного размера: 2(CaSO$_4$(H$_2$O)$_{0.5}$), 2(CaSO$_4$(H$_2$O)$_{0.5}$ + 0.5H), 4(CaSO$_4$(H$_2$O)$_{0.5}$), включая и кластер кристаллического гипса: 2(CaSO$_4$(H$_2$O)$_2$). Достигнутое согласие в положении и форме экспериментальных и теоретических полос воды в спектрах образцов разной влажности обосновывает адекватность теоретического описания гидратации CaSO$_4$.