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Fano、Macek和Herschbach等人开创性的工作为我们开辟了新的反应动力学领域—立体化学动力学,人们开始认识到具体详细的三维反应碰撞是与反应物和产物的转动角动量、轨道角动量的分布相关的。立体化学动力学具体研究反应过程中的矢量性质,比如反应物与产物的相对速度、角动量取向以及这些矢量间的关系。只有同时研究反应的标量和矢量性质才能得到微观反应的更加详细的动力学信息。最常用的矢量相关是用微分散射截面(dσ/dw,)表征的反应物与产物相对速度矢量(k,k)之间的相关。速度k,k与j(产物转动角动量)之间的相关具有更重要的意义。这些矢量在空间的相对方向在质心系中可表示成k-kj分布或者表征分布的两矢量或三矢量相关。极化微分散射反应截面(PDDCS)概念的引入恰当的描述了这些两矢量或三矢量相关。
氯取代烷烃中氢的反应是氯原子在地球上空臭氧层破坏中发生的一系列反应中的一类,随着臭氧层不断受到破坏,此类反应受到了人们的广泛关注。本文在扩展的London-Eyring-Polanyi-Sato(LEPS)势能面基础上,利用准经典轨线法在不同碰撞能下研究了Cl+CH4→HCl+CH3(Cl+CD4→DCl+CD3)和Cl+C2H6→HCl+C2H5(Cl+C2D6→DCl+C2D5)反应体系的产物极化分布和立体动力学同位素效应,在质心系计算得到四个广义极化微分反应截面((PDDCS)(2π/σ)(dσ00/dωt)(2π/σ)(dσ20/dwt)(2π/σ)(dσ22+/dωt)(2π/σ)(dσ21-/dωt)和k-k-j三矢量相关的极角分布p(φr)、k-j两矢量相关的P(θr)分布以及用θr和φr表示的产物转动角动量的空间分布。计算结果与有关实验及理论结果符合得很好。对Cl+CH4(Cl+CD4)反应体系,我们拟合了新的Sato参数(SatoD)构造了新的LEPS势能面与原来结果进行比较,发现随着反应能垒的增加,产物转动极化分布有相应的变化,且产物趋向于后向散射。我们选取了不同碰撞能对Cl+C2H6体系进行了计算,发现随初始碰撞能的增加,反应趋向于前向散射,这与A+BC→AB+C的直接反应相符。