百科首頁(yè) > 正文

分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-20

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)整理

精選百科

本文由作者推薦

分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（Molecular Reaction Dynamics）又稱微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。是從原子、分子的微觀性質(zhì)出發(fā)，分析分子間的運(yùn)動(dòng)及其相互作用，從而深刻地認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)及其規(guī)律的一門學(xué)科。分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究建立在現(xiàn)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(yàn)技術(shù)及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上。它應(yīng)用現(xiàn)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(yīng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)機(jī)理。這一研究深入到分子或原子的微觀層次，研究不同能態(tài)(平動(dòng)、振動(dòng)、電子運(yùn)動(dòng))、不同構(gòu)型的分子反應(yīng)特征。研究分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)和分子之間的碰撞規(guī)律。分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法主要有：交叉分子束實(shí)驗(yàn)技術(shù)、激光誘導(dǎo)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(yīng)物分子在空間上的勢(shì)能面，即確定反應(yīng)體系中各反應(yīng)物分子在空間不同位置上的相互作用；計(jì)算作為反應(yīng)物初態(tài)、產(chǎn)物終態(tài)函數(shù)的反應(yīng)幾率或反應(yīng)截面；按反應(yīng)初態(tài)能量分布規(guī)律，從反應(yīng)截面計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)并給出宏觀反應(yīng)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(yīng)基元過(guò)程分子機(jī)理的學(xué)科。它用理論物理的方法計(jì)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(yīng)的幾率（或截面）和產(chǎn)物分子的量子態(tài)、空間分布及反應(yīng)速率常數(shù)等。這些研究提供了如何控制和利用化學(xué)反應(yīng)的理論依據(jù)。

舉例

例如，為了使吸能反應(yīng)

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(yīng)

是一個(gè)放能反應(yīng)，分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)能夠提供產(chǎn)物分子

振動(dòng)態(tài)“布居反轉(zhuǎn)”的信息，從而為尋找化學(xué)激光工作物質(zhì)提供了依據(jù)。它還能提供反應(yīng)體系“碰撞對(duì)”真實(shí)碰撞過(guò)程的信息──“碰撞對(duì)”是直接反應(yīng)還是經(jīng)過(guò)一個(gè)絡(luò)合物的反應(yīng)。

理論計(jì)算方法：20世紀(jì)30年代，以美國(guó)物理化學(xué)家H.艾林為代表的學(xué)派，用海特勒－倫敦計(jì)算

的方法建立了

反應(yīng)體系的第一個(gè)勢(shì)能面，借助統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法計(jì)算了在該勢(shì)能面上的熱平衡反應(yīng)速率常數(shù)，稱為絕對(duì)反應(yīng)速率理論或過(guò)渡態(tài)理論。

分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理論計(jì)算方法分為三部分：①化學(xué)反應(yīng)體系勢(shì)能面的量子化學(xué)計(jì)算；②反應(yīng)截面（或幾率）的計(jì)算;③由反應(yīng)截面計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)。因此，也可以說(shuō)分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究反應(yīng)體系在熱能面上運(yùn)動(dòng)過(guò)程的學(xué)科。在確定的勢(shì)能面上求解核的運(yùn)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(yīng)動(dòng)力學(xué)

理論嚴(yán)格的理論是量子力學(xué)散射理論。分子反應(yīng)過(guò)程的全部信息包含在波函數(shù)中，在給定能量下，求解滿足一定漸近條件的薛定諤方程得到波函數(shù)，借助入射波和出射波的幾率流密度守恒的關(guān)系，就可以得到反應(yīng)截面（或幾率）。

以

雙分子共線交換反應(yīng)為例 (共線反應(yīng)是指反應(yīng)體系的三個(gè)原子沿直線相互接近的反應(yīng)),該反應(yīng)體系的坐標(biāo)系見(jiàn)圖1。

在非相對(duì)論近似下，反應(yīng)體系的哈密頓算符 H寫(xiě)作（圖2）：

式中

和

分別為A和BC,B和C之間相對(duì)運(yùn)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(shù)；

和

為有效勢(shì)函數(shù)。

核運(yùn)動(dòng)的薛定諤方程為：

漸近條件為：（圖3）式中α為反應(yīng)體系的初始排布，即

；

或 n為BC的內(nèi)量子數(shù),

為始態(tài), n為反射態(tài);γ表示終態(tài)排布，即

； n為AB分子的內(nèi)量子數(shù)，每一種排布和分子的一組內(nèi)量子數(shù)（如α， nα）稱為反應(yīng)體系的一個(gè)通道；

或

為原子與雙原子分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)的波數(shù)（圖4）；

為雙原子分子的內(nèi)態(tài)波函數(shù)（圖5）；

稱為散射幅。能量守恒條件要求（圖6）： (5)

式中

; E為能量。由入射波和出射波幾率流密度守恒的條件，就可以得到由通道

到通道

的反應(yīng)幾率為（圖7）：式中 v為

通道中反應(yīng)體系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。

共線交換反應(yīng)幾率的數(shù)值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

對(duì)于實(shí)際的三維化學(xué)反應(yīng)，用上面的方法可以得到反應(yīng)截面隨碰撞能變化的關(guān)系。用量子散射理論求反應(yīng)截面（或幾率）的關(guān)鍵是求散射幅，一般是在自然反應(yīng)坐標(biāo)中用數(shù)值求解耦合微分方程。這是一項(xiàng)十分復(fù)雜的計(jì)算工作。

當(dāng)反應(yīng)體系的質(zhì)量較大，德布羅意波長(zhǎng)很短時(shí)，用經(jīng)典軌跡法或者用準(zhǔn)經(jīng)典軌跡法，即對(duì)反應(yīng)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(yīng)體系沿勢(shì)能面的運(yùn)動(dòng)，往往也能得到比較滿意的定性或半定量的結(jié)果。

展望

由于分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的深入發(fā)展，對(duì)分子反應(yīng)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(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究為化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究提供了詳細(xì)的信息；另一方面，對(duì)反應(yīng)散射的理論計(jì)算，既可以同實(shí)驗(yàn)結(jié)果互相對(duì)比，又可以給予實(shí)驗(yàn)結(jié)果以清楚的物理解釋。例如，對(duì)

反應(yīng)體系的實(shí)驗(yàn)和理論研究，發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)物分子振動(dòng)態(tài)“布居反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，導(dǎo)致了化學(xué)激光器的產(chǎn)生，從而推動(dòng)了態(tài)-態(tài)反應(yīng)速率的研究，使分子化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展到態(tài)-態(tài)分子反應(yīng)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.

分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)的文章

拜拜，戀愛(ài)腦：完美關(guān)系的心理學(xué)秘密

《拜拜，戀愛(ài)腦：完美關(guān)系的心理學(xué)秘密》是玲瓏姐所著，2017年由江蘇鳳凰文藝出版社出版的一本書(shū)，探討戀愛(ài)關(guān)系的心理學(xué)秘密。

腦血管病

腦血管病是指腦部血管的各種疾病引起腦組織的缺血或出血性損傷，包括腦動(dòng)脈粥樣硬化、血栓形成、腦血管狹窄或閉塞、腦動(dòng)脈炎、腦動(dòng)脈損傷、腦動(dòng)脈瘤、顱內(nèi)血管畸形、腦動(dòng)靜脈瘺等。腦血管病的病因包括血脂異常、動(dòng)脈粥樣硬化、脂肪透明樣變性纖維蛋白壞死、纖維肌肉發(fā)育不良、血管淀粉樣變、血管炎、靜脈血栓、血管痙攣等。

侯賽因·伊本·塔拉勒（約旦哈希姆王國(guó)第三代國(guó)王）

侯賽因·伊本·塔拉勒（Hussein Ibn Talal 1935年-1999年），約旦哈希姆王國(guó)第三代國(guó)王、陸海空三軍最高統(tǒng)帥。

科威特（君主立憲國(guó)）

科威特國(guó)（阿拉伯語(yǔ)：???????????，英語(yǔ)：The State of Kuwait），簡(jiǎn)稱科威特（阿拉伯語(yǔ)：???????），是一個(gè)位于西亞地區(qū)阿拉伯半島東北部、波斯灣西北部的君主立憲國(guó)。在南部與沙特阿拉伯、北部與伊拉克分別接壤。同伊朗隔海相望，該國(guó)首都科威特城與該國(guó)名稱同名。海岸線長(zhǎng)290公

阿沙爾（伊拉克足球運(yùn)動(dòng)員）

小編整理：阿沙爾（伊拉克足球運(yùn)動(dòng)員）一般指阿德南·阿沙德，1987年10月4日出生于伊拉克，伊拉克職業(yè)足球運(yùn)動(dòng)員，場(chǎng)上司職前鋒，現(xiàn)效力于伊拉克國(guó)家隊(duì)、薩德足球俱樂(lè)部。阿沙爾伊拉克足球運(yùn)動(dòng)員阿沙爾，男，伊拉克足球運(yùn)動(dòng)員。基本信息中文名阿沙爾國(guó)籍伊拉克性別男職業(yè)信

薩拉丁·本（埃及歷史的民族英雄）

薩拉丁·本（1137年—1193年），全名阿馬里克·納賽爾·薩拉丁·阿布一穆沙發(fā)·優(yōu)素福·伊本·阿尤布（Salah-al-Din Yusuflbn-A yyub），庫(kù)爾德人，埃及阿尤布王朝的開(kāi)國(guó)君主，在位23年。