Absolute hydration free energy of the proton from first-principles electronic structure calculations

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 105, Issue 51, 2001, Pages 11534-11540

  Zhan, Chang Guo ^a   Dixon, David A ^a  

^a PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

HYDRATION FREE ENERGY;

CONTINUUM MECHANICS; DIELECTRIC MATERIALS; ELECTRONIC STRUCTURE; FREE ENERGY; HYDRATION; POLARIZATION; QUANTUM THEORY; THERMODYNAMICS;

PROTONS;

EID: 0035961089     PISSN: 10895639     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp012536s     Document Type: Article

References (74)

1. Conway, B. E. Ionic Hydration in Chemistry and Biophysics; Elsevier: New York, 1981.
2. Marcus, Y. Ion Salvation; Wiley: New York; 1985.
3. Hille, B. Ionic Channels of Excitable Membranes; Sinauer: Sunderland, MA, ed. 2, 1992.
4. Franks, N. P.; Lieb, W. R. Nature 1997, 389, 334.
5. Gunshin, H.; Mackenzie, B.; Berger, U. V.; Gunshin, Y.; Romero, M. F.; Boron, W. F.; Nussberger, S.; Gollan, J. L.; Hediger, M. A. Nature 1997, 388, 482.
6. Doyle, D. A.; Cabrai, J. M.; Pfuetzner, R. A.; Kuo, A.; Gulbis, J. M.; Cohen, S. L.; Chait, B. T.; MacKinnon, R. Science 1998, 280, 69.
7. MacKinnon, R.; Cohen, S. L.; Kuo, A.; Lee, A.; Chait, B. T. Science 1998, 280, 106.
8. Nakamura, T.; Akutagawa, T.; Honda, K.; Underbill, A. E.; Coomber, A. T.; Friend, R. H. Nature 1998, 394, 159.
9. Roux, B.; MacKinnon, R. Science 1999, 255, 100.
10. Wu, K.; Iedema, M. J.; Cowin, J. P. Science 1999, 286, 2482.
11. Anson, L. Nature 1999, 402, 739.
12. MacFarlane, D. R.; Huang, J.; Forsyth, M. Nature 1999, 402, 792.
13. Kolbe, M.; Besir, H.; Essen, L.-O.; Oesterhelt, D. Science 2000, 285, 1390.
14. Weber, J. M.; Kelley, J. A.; Nielsen, S. B.; Ayotte, P.; Johnson, M. A. Science 2000, 287, 2461.
15. Aqvist, J.; Luzhkov, V. Nature 2000, 404, 881.
16. Williams, K. A. Nature 2000, 403, 112.
17. Pasquarello, A.; Petri, I.; Salmon, P. S.; Parisel, O.; Car, R.; Tóth, É.; Powell, D. H.; Fischer, H. E.; Helm, L.; Merbach, A. Science 2001, 297, 856.
18. Kielpinski, D.; Meyer, V.; Rowe, M. A.; Sackett, C. A.; Itano, W. M.; Monroe, C.; Wineland, D. J. Science 2001, 297, 1013.
19. Kropman, M. F.; Bakker, H. J. Science 2001, 291, 2118.
20. Tissandier, M. D.; Cowen, K. A.; Feng, W. Y.; Gundlach, E.; Cohen, M. H.; Earhart, A. D.; Coe, J. V. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 7787.
21. Tawa, G. J.; Topol, I. A.; Burt, S. K.; Caldwell, R. A.; Rashin, A. A. J. Chem. Phys. 1998, 109, 4852.
22. Mejias, J. A.; Lago, S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7306.
23. Topol, I. A.; Tawa, G. J.; Burt, S. K.; Rashin, A. A. J. Chem. Phys. 1999, 111, 10 998.
24. Klots, C. E. J. Phys. Chem. 1981, 85, 3585.
25. Bandyopadhyay, P.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 1104.
26. (a) Zhan, C.-G.; Bentley, J.; Chipman, D. M. J. Chem. Phys. 1998, 108, 177.
27. (b) Zhan, C.-G.; Chipman, D. M. J. Chem. Phys. 1998, 109, 10 543.
28. (c) Zhan, C.-G.; Chipman, D. M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 1611.
29. (d) Zhan, C.-G.; Landry, D. W.; Ornstein, R. L. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 7672.
30. (a) Tomasi, J.; Persico, M. Chem. Rev. 1994, 94, 2027.
31. (b) Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. in Solvent Effects and Chemical Reactions, Tapia, O., Bertran, J., Eds.; Kluwer: Dordrecht, 1996; p 1.
32. (c) Chipman, D. M. J. Chem. Phys. 1997, 106, 10 194.
33. (d) Cramer, C J.; Truhlar, D. G. Chem. Rev. 1999, 99, 2161.
34. (e) Chipman, D. M. J. Chem. Phys. 2000, 112, 5558.
35. Zhan, C.-G.; Norberto de Souza, O.; Rittenhouse, R.; Ornstein, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 7279.
36. Zhan, C.-G.; Landry, D. W.; Ornstein, R. L. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2621.
37. (a) Zhan, C.-G.; Zheng, F. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2835.
38. (b) Zhan, C.-G.; Niu, S.; Omstein, R. L. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 2001, 1, 23.
39. (c) Zhan, C.-G.; Landry, D. W. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1296.
40. Barone, V.; Cossi, M.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3210.
41. Tomasi, J.; Mennucci, B.; Cances, E. J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 1999, 464, 211.
42. (a) Cancès, E.; Mennucci, B. J. Chem. Phys. 2001, 114, 4744.
43. (b) Cossi, M.; Rega, N.; Scalmani, G.; Barone, V. J. Chem. Phys. 2001, 114, 5691.
44. (a) Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
45. (b) Lee, C.; Yang, W.; Parr. R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
46. Hehre, W. J.; Radom, L.; Schleyer, P. v. R.; Pople, J. A. Ab Initio Molecular Orbital Theory, John Wiley & Sons: New York, 1987.
47. -1.
48. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Zakrzewski, V. G.; Montgomery, J. A.; Stratmann, R. E.; Burant, J. C.; Dapprich, S.; Millam, J. M.; Daniels, A. D.; Kudin, K. N.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Tomasi, J.; Barone, V.; Cossi, M.; Cammi, R.; Mennucci, B.; Pomelli, C.; Adamo, C.; Clifford, S.; Ochterski, J.; Petersson, G. A.; Ayala, P. Y.; Cui, Q.; Morokuma, K.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Ortiz, J. V.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Gonzalez, C.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Gonzalez, A. C.; Head-Gordon, M.; Replogle, E. S.; Pople, J. A. Gaussian 98, Revision A.6, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA, 1998.
49. (a) Purvis, G. D., III; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1982, 76, 1910.
50. (b) Raghavachari, K.; Trucks, G. W.; Pople, J. A.; Head-Gordon, M. Chem. Phys. Lett. 1989, 157, 479.
51. (c) Watts, J. D.; Gauss, J.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1993, 95, 8718.
52. Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1007.
53. Kendall, R. A.; Dunning, T. H., Jr.; Harrison, R. J. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796.
54. Peterson, K. A.; Wood, D. E.; Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7410.
55. Woon, D. E.; Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 1995, 103, 4572.
56. Davidson, E. R.; Ishikawa, Y.; Malli, G. L. Chem. Phys. Lett. 1981, 84, 226.
57. Werner, H. J.; Knowles, P. J.; Almlof, J.; Amos, R. D.; Berning, A.; Cooper, D. L.; Deegan, M. J. O.; Dobbyn, A. J.; Eckert, F.; Elbert, S. T.; Hampel, C.; Lindh, R.; Lloyd, A. W.; Meyer, W.; Nicklass, A.; Peterson, K. A.; Pitzer, R. M.; Stone, A. J.; Taylor, P. R.; Mura, M. E.; Pulay, P.; Schütz, M.; Stoll, H.; Thorsteinsson, T. MOLPRO, Universität Stüttgart, Stüttgart, Germany, University of Sussex, Falmer, Brighton, England, 1997.
58. Schmidt, M. W.; Baldridge, K. K.; Boatz, J. A.; Elbert, S. T.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.; Koseki, S.; Matsunaga, N.; Nguyen, K. A.; Su, S. J.; Windus, T. L.; Dupuis, M.; Montgomery, J. A. J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347.
59. Anchell, J.; Apra, E.; Bernholdt, D.; Borowski, P.; Bylaska, E.; Clark, T.; Clerc, D.; Dachsel, H.; de Jong, W. A.; Deegan, M.; Dupuis, M.; Dyall, K.; Elwood, D.; Fann, G.; Fruchtl, H.; Glendenning, E.; Gutowski, M.; Harrison, R.; Hess, A.; Jaffe, J.; Johnson, B.; Ju, J.; Kendall, R.; Kobayashi, R.; Kutteh, R.; Lin, Z.; Littlefield, R.; Long, X.; Meng, B.; Nichols, J.; Nieplocha, J.; Rendall, A.; Rosing, M.; Sandrone, G.; Stave, M.; Straatsma, T.; Taylor, H.; Thomas, G.; van Lenthe, J.; Windus, T.; Wolinski, K.; Wong, A.; Zhang, Z. NWChem, Version 4.0.1, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington, 2001.
60. Peterson, K. A.; Xantheas, S. S.; Dixon, D. A.; Dunning, T. H., Jr. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 2449.
61. (a) Feller, D.; Peterson, K. A. J. Chem. Phys: 1999, 110, 8384.
62. (b) Ruscic, B.; Feller, D.; Dixon, D. A.; Peterson, K. A.; Harding, L. B.; Asher, R. L.; Wagner, A. F. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1.
63. (a) Feller, D. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6104.
64. (b) Feyereisen, M. W.; Feller, D.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 2993.
65. (c) Xantheas, S. J. Chem. Phys. 1996, 104, 8221.
66. Friedman, H. L.; Krishnan, V. V. Water. A Comprehensive Treatise; Plenum: New York, 1973.
67. Conway, B. E. J. Solution Chem. 1978, 7, 721.
68. Ben-Naim, A.; Marcus, Y. J. Chem. Phys. 1984, 81, 2016.
69. Hummer, G.; Pratt, L. R.; Garcia, A. E. J. Phys. Chem. 1996, 100, 1206.
70. Martin, R. L.; Hay, P. J.; Pratt, L. R. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 3565.
71. + ion as given in reaction (8) due to the fact that the structure of the first solvation shell is not reproduced for the pure water reaction but is for the processes involving the ions.
72. Lyubartsev, A. P.; Laasonen, K.; Laasonen, A. J. Chem. Phys. 2001, 114, 3120.
73. Feller, D.; Glendening, E. D.; Kendall, R. A.; Peterson, K. A. J. Chem. Phys. 1994, 100, 4981.
74. Feller, D.; Glendening, E. D.; Wood, D. E.; Feyereisen, M. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3526.