H2+F反应的准经典轨线研究

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分子反应动力学是从分子或原子的微观层次出发研究不同状态下和不同分子体系中化学反应过程和机理的科学。目前依据丰富的实验结果,应用合适的理论模型和精确的动力学计算,人们已经获取了大量的微观化学反应的动力学信息,并对微观化学反应的反应机理有了比较深入和透彻的理解与认识。准经典轨线计算是描述原子与分子碰撞反应动力学的一种有效方法,它通过求解哈密顿运动方程来处理原子核在势能面上的运动,以轨线描述反应体系随时间的变化,为动力学研究提供了物理意义明确而且直观的图像。此方法比较简单、直观,计算结果比较准确,又避免了量子力学复杂的数值过程,因此己应用于许多化学反应体系,成为研究微观化学反应的重要手段。通过轨线计算,能够得到反应物能态、反应截面、激发函数、产物分子的能量配分、内能态分布、转动取向和空间角分布以及速度分布等大量数据。对于一个反应体系的初始构型,准经典轨线方法可以通过研究碰撞反应产物的内能分布揭示化学反应的微观机理。本文主要是通过应用London-Eyring-Polanyi-Sato(LEPS)势能面和准经典轨线理论对反应体系H2+F→HF+H进行了动力学计算。研究表明,该反应体系包含两种不同的反应模式——直接提取反应和间接插入反应,并对这两种不同反应模式的产生机理做了探讨,在随后的计算中得到直接提取反应模式在反应中所占比重随着碰撞能量的增大而增大,反应物处于振动激发态比在振动基态更能增强这种模式的产生。其次对反应取向进行了研究,得到产物转动角动量矢量关于相对速度取向随着能量的增大得到加强。因为对于三原子反应体系,产物转动角动量矢量的分布对质量因子非常敏感,当质量因子较小时,反应物的轨道角动量和反应可资用能大部分转换成产物的转动角动量和内能,随着反应碰撞能变大,产物轨道角动量与反应物轨道角动量比值相应的减小,所以产物转动角动量矢量关于相对速度矢量具有强烈取向。论文共分为四章。第一章为综述,介绍了分子反应动力学所要解决的问题,以及在求解分子反应动力学问题中发展起来的理论。第二章介绍了准经典轨线的原理、计算方法、碰撞后反应物各数据的获取以及所采用的LEPS势能面的构造原理。第三章主要依据所研究的体系,对反应中两种反应模式的发生机理和在反应初始条件发生变化情况下对反应的影响做了讨论,并对反应取向随能量的变化做了计算。第四章是结论,对本文所涉及的内容做了总结。
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