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O~++H_2及其同位素取代反应的立体动力学理论研究

作　者: 孙海竹
导　师: 刘新国
学　校: 山东师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 准经典轨线 同位素取代 矢量相关 极化微分反应截面 振动激发
分类号: O643.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近几十年来,分子反应动力学的研究已经取得了相当大的进展,并且已经深入到态-态的反应过程。对原子分子碰撞反应,以往主要关注反应的一些标量性质。最近,随着实验技术的迅速发展,化学反应的矢量性质也引起了人们广泛的兴趣。只有把矢量性质和标量性质综合起来研究,才能呈现完整的分子反应动力学信息。准经典轨线（Quasi-Classical Trajectory）方法是一种研究原子分子碰撞的立体反应动力学的有效方法。由于氧元素化合物在大气中含量较多,因此人们一直很关注有氧原子参与的反应。考虑到O++HH反应体系的电子结构比较简单,O++HH体系作为该类反应的代表得到了广泛地研究,并有利于深入了解反应特点,也为以后更精细、深入地研究此类反应奠定了基础。本文利用准经典轨线方法研究了反应体系O++HH的矢量性和标量性质。全文共包括五章内容,第一章简单介绍立体动力学以及分子反应动力学的发展和现状,第二章介绍准经典轨线计算基本原理与原子分子反应中矢量相关的基本理论。第三章详细讨论了在碰撞能为20kcal/mol时,反应O++H2→OH++H的同位素效应,分析了反应体系的反应物相对速度矢量k和产物的转动角动量矢量j′两矢量相关函数P（θr）、k-k′-j′三矢量相关函数P （φr）以及（2π/σ）(dσ00 /dωt)、（ 2π/σ）(dσ20 /dωt)、（ 2π/σ）(dσ22+ /dωt)和（ 2π/σ）(dσ21- /dωt)四个极化微分反应截面的分布。计算结果表明,随着质量因子的减小,k-j′两矢量相关函数P（θr）在θr= 90°时的峰值逐渐降低,取向程度变弱。k-k′-j′三矢量相关函数P （φr）在φr= 270°时的峰值也随着质量因子的减小而降低,其域宽增大。极化微分反应截面也随着质量因子的变化而发生变化。因此,O++H2及其同位素取代反应的立体动力学性质对体系的质量因子非常敏感。第四章介绍了碰撞能对反应O++DH（v=0,j=0）→OD++H的立体动力学性质的影响。在碰撞能分别为1.0eV,1.5eV,2.0eV和2.5eV时用准经典轨线方法研究了反应O++DH（v=0,j=0）→OD++H的立体动力学性质。通过计算可知,该体系的微分截面呈现后向散射,并且后向散射的强度随着碰撞能的增大而逐渐减小。此外,该体系遵循直接反应机理。同时,本章还研究了P（φr）和P（θr）的分布,结果表明,在不同的碰撞能下都呈现不同的趋势。产物的转动角动量矢量j′不仅有取向性质,还具有定向性。因此,反应O++DH（v=0,j=0）→OD++H对碰撞能非常敏感。第五章阐述了反应物振动激发对反应O++DH→OD++H的性质的影响。在碰撞能为46.12kcal/mol时,对O++DH→OD++H反应的反应物相对速度矢量k和产物的转动角动量矢量j′两矢量相关函数P（θr）、k-k′-j′三矢量相关函数P （φ r）以及k-k′两矢量相关函数dσ/ dωt、反应几率、反应截面和产物转动取向参数进行了研究。计算结果表明,随着反应物振动量子数增大,k-j′两矢量相关函数P(θ r在θ r= 90°时的峰值逐渐增强,取向程度变强。但是在v=1时出现了峰值最大的现象,其原因还有待于进一步研究。k-k′-j′三矢量相关函数P （φr）在φr= 270°时的峰值随着反应物振动量子数的增大而减小,但是在φr= 90°的峰值随着振动量子数的增大而增大,说明产物的转动角动量矢量j′定向于y轴负方向的效应减弱。k-k′的矢量相关函数dσ/ dωt、反应几率、反应截面以及产物转动取向参数也随着振动量子数的增加发生了相应的变化。由此可见,反应O++DH（v=0,1,2,3,j=0）→OD++H的立体动力学性质对反应物振动量子数非常敏感。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章 立体反应动力学的简单介绍  10-16
  1.1 前言  10
  1.2 立体分子反应动力学简介  10-12
  1.3 分子反应动力学的发展  12-13
  1.4 势能面简介  13-16
第二章 矢量相关的基本理论及计算原理简介  16-24
  2.1 定向和取向  16
  2.2 产物转动角动量分布的经典描述  16-18
  2.3 k-k′-j′矢量相关  18-21
  2.4 计算结果的确定  21-24
第三章 O~++HH→OH~++H 及其同位素取代反应的立体动力学研究  24-32
  3.1 引言  24-25
  3.2 准经典轨线计算  25
  3.3 计算结果与分析  25-30
  3.4 本章结论  30-32
第四章 碰撞能对反应O~++DH→OD~++H 立体动力学性质的影响  32-39
  4.1 引言  32
  4.2 准经典轨线计算  32
  4.3 结果与分析  32-38
  4.4 本章结论  38-39
第五章 反应物振动激发对反应O~++DH→OD~++H 影响的准经典轨线研究  39-46
  5.1 引言  39
  5.2 准经典轨线计算  39
  5.3 结果与分析  39-44
  5.4 本章结论  44-46
第六章 总结与展望  46-47
参考文献  47-53
攻读硕士学位期间发表的学术论文  53-54
致谢  54

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 化学动力学
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