分子反應動(dòng)力學(xué)（分子反應動(dòng)力學(xué)）
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分子反應動(dòng)力學(xué)
分子反應動(dòng)力學(xué)（Molecular Reaction Dynamics）又稱(chēng)微觀(guān)反應動(dòng)力學(xué)。是從原子、分子的微觀(guān)性質(zhì)出發(fā)，分析分子間的運動(dòng)及其相互作用，從而深刻地認識化學(xué)反應的本質(zhì)及其規律的一門(mén)學(xué)科。分子反應動(dòng)力學(xué)研究建立在現代物理有關(guān)分子、原子、激光與激光理論、分子束、能譜等實(shí)驗技術(shù)及電子計算機技術(shù)基礎之上。它應用現代物理化學(xué)的先進(jìn)分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態(tài)下和不同分子體系中單分子的基元化學(xué)反應的動(dòng)態(tài)結構，反應過(guò)程和反應機理。這一研究深入到分子或原子的微觀(guān)層次，研究不同能態(tài)(平動(dòng)、振動(dòng)、電子運動(dòng))、不同構型的分子反應特征。研究分子內部運動(dòng)和分子之間的碰撞規律。分子反應動(dòng)力學(xué)研究的實(shí)驗方法主要有：交叉分子束實(shí)驗技術(shù)、激光誘導熒光、化學(xué)發(fā)光技術(shù)等，理論上要解決這樣一些問(wèn)題：給出反應物分子在空間上的勢能面，即確定反應體系中各反應物分子在空間不同位置上的相互作用；計算作為反應物初態(tài)、產(chǎn)物終態(tài)函數的反應幾率或反應截面；按反應初態(tài)能量分布規律，從反應截面計算反應速率常數并給出宏觀(guān)反應動(dòng)力學(xué)方面的信息。
基本信息
| 外文名 | Molecular Reaction Dynamics |
簡(jiǎn)介
化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支，是研究化學(xué)反應基元過(guò)程分子機理的學(xué)科。它用理論物理的方法計算處于某一量子態(tài)的分子進(jìn)行單次碰撞并發(fā)生化學(xué)反應的幾率（或截面）和產(chǎn)物分子的量子態(tài)、空間分布及反應速率常數等。這些研究提供了如何控制和利用化學(xué)反應的理論依據。
舉例
例如，為了使吸能反應
能夠發(fā)生，增加 
的振動(dòng)能比增加其平動(dòng)能更為有效。它的逆反應 
是一個(gè)放能反應，分子反應動(dòng)力學(xué)能夠提供產(chǎn)物分子振動(dòng)態(tài)“布居反轉”的信息，從而為尋找化學(xué)激光工作物質(zhì)提供了依據。它還能提供反應體系“碰撞對”真實(shí)碰撞過(guò)程的信息──“碰撞對”是直接反應還是經(jīng)過(guò)一個(gè)絡(luò )合物的反應。
理論計算方法：20世紀30年代，以美國物理化學(xué)家H.艾林為代表的學(xué)派，用海特勒－倫敦計算
的方法建立了
反應體系的第一個(gè)勢能面，借助統計力學(xué)方法計算了在該勢能面上的熱平衡反應速率常數，稱(chēng)為絕對反應速率理論或過(guò)渡態(tài)理論。
分子反應動(dòng)力學(xué)的理論計算方法分為三部分：①化學(xué)反應體系勢能面的量子化學(xué)計算；②反應截面（或幾率）的計算;③由反應截面計算反應速率常數。因此，也可以說(shuō)分子反應動(dòng)力學(xué)是研究反應體系在熱能面上運動(dòng)過(guò)程的學(xué)科。在確定的勢能面上求解核的運動(dòng)方程，既可以用經(jīng)典力學(xué)方法，也可以用量子力學(xué)方法。
分子反應動(dòng)力學(xué)
以
雙分子共線(xiàn)交換反應為例 (共線(xiàn)反應是指反應體系的三個(gè)原子沿直線(xiàn)相互接近的反應),該反應體系的坐標系見(jiàn)圖1。
式中
和
分別為A和BC,B和C之間相對運動(dòng)的約化質(zhì)量； 
分別為原子A、B、C的質(zhì)量; h為普朗克常數； 
和 
為有效勢函數。
核運動(dòng)的薛定諤方程為：
對于實(shí)際的三維化學(xué)反應，用上面的方法可以得到反應截面隨碰撞能變化的關(guān)系。用量子散射理論求反應截面（或幾率）的關(guān)鍵是求散射幅，一般是在自然反應坐標中用數值求解耦合微分方程。這是一項十分復雜的計算工作。
當反應體系的質(zhì)量較大，德布羅意波長(cháng)很短時(shí)，用經(jīng)典軌跡法或者用準經(jīng)典軌跡法，即對反應物初態(tài)分布和產(chǎn)物終態(tài)分布作量子校正的經(jīng)典軌跡法研究反應體系沿勢能面的運動(dòng)，往往也能得到比較滿(mǎn)意的定性或半定量的結果。
展望
由于分子反應動(dòng)力學(xué)的深入發(fā)展，對分子反應散射的研究引起了人們極大的興趣。一方面，分子化學(xué)反應的實(shí)驗研究為化學(xué)反應機理的研究提供了詳細的信息；另一方面，對反應散射的理論計算，既可以同實(shí)驗結果互相對比，又可以給予實(shí)驗結果以清楚的物理解釋。例如，對
反應體系的實(shí)驗和理論研究，發(fā)現了產(chǎn)物分子振動(dòng)態(tài)“布居反轉”現象，導致了化學(xué)激光器的產(chǎn)生，從而推動(dòng)了態(tài)-態(tài)反應速率的研究，使分子化學(xué)反應動(dòng)力學(xué)發(fā)展到態(tài)-態(tài)分子反應動(dòng)力學(xué)的新階段。
參考書(shū)目
R. D. Levine and R. B. Bernstein, Molecular Reaction Dynamics,Oxford Univ.Press,Oxford,1974.
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