H+HLi体系同位素取代反应的动力学理论研究

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分子反应动力学作为化学领域中的前沿基础研究学科——化学动力学新的分支,是在分子水平上从微观角度来研究化学反应,把分子数目庞大的静态宏观反应在分子和原子水平上进行微观动态的研究。国内外多个研究小组均对这种既可以研究反应的标量性质,又可以研究其矢量性质的研究方法产生了浓厚的兴趣,并利用此方法对多个体系进行了研究,取得了一系列的成果。H+HLi体系在宇宙的起源及其演化过程中起到至关重要的作用,具有很高的研究价值。但是,在以往的研究过程中,人们往往更加注重反应几率、产物的分支比、产物的振转态分布、热速率常数等标量性质,对产物的定向与取向、极化微分反应截面、产物的转动角动量分布、反应物的相对速度-产物的相对速度-产物的转动角动量三者之间的关联等重要的矢量性质研究较少,并且关于同位素替代的研究少之又少。实际上,同位素替代以及替代的位置都对产物的相对速度、转动角动量、极化微分反应截面等性质产生了较大的影响。  本论文为了完善 LiH2体系的反应特性以及同位素替代的研究,利用了准经典轨线的方法在不同的碰撞能下深入探讨了H+HLi的两种同位素替代反应D+HLi以及H+DLi的反应特征—包括反应物和产物的相对速度与产物的转动角动量这三个矢量之间的相互关联、反应的极化微分反应截面等性质。我们选用了H+HLi体系的最新势能面,该势能面的误差仅为0.4991 kcal/mol,比之前该体系的势能面更加精确,这为我们精确地研究其动力学信息奠定了基础。本文在第一章引言部分简单的介绍了分子反应动力学、立体反应动力学的发展历程,并陈述了本论文的研究价值。第二章主要给出了包括定向与取向的判定、立体动力学的计算理论、势能面的基本理论以及准经典轨线理论在内的一些基本的计算理论。作为论文主体的第三章我们介绍了H+DLi体系研究的势能面及计算细节,然后向大家展示了同位素替代位置的改变以及碰撞能的变化对两种位置上的替代反应的影响。通过研究计算我们发现,不管是两矢量相关、三矢量相关还是极化微分反应截面,碰撞能对两种位置的替代反应都有影响,并且替代反应H+DLi相比于D+HLi具有更加明显的特点。也就是说,这种同位素替代位置的改变,加强了碰撞能对反应特征的影响。我们在10 kcal/mol与40kcal/mol之间选取了7个碰撞能进行计算,碰撞能的间隔为5kcal/mol,分别为10kcal/mol、15kcal/mol、20kcal/mol、25kcal/mol、30kcal/mol、35kcal/mol、40kcal/mol。增大碰撞能量能够增强产物的定向、减弱产物的取向。碰撞能增加的同时,产物的前向和侧向散射的强度均呈现无规律变化,而同位素替代的位置对这两个方向的散射强度有明显的影响,D+HLi的散射强度更强。
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