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《吉林大学》 2016年
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几种原子—双原子分子反应体系的动力学理论研究

张莹莹  
【摘要】:研究原子与分子反应的微观过程可以获得基元化学反应的相关动力学信息,进而有助于人们对原子与分子碰撞反应机理的认识。对于基元化学反应,我们不仅要研究其标量性质,如积分反应截面、反应几率、速率常数等;其矢量性质,如产物转动角动量的分布以及反应物与产物矢量之间的相关性,也尤为重要。只有将反应的标量与矢量性质结合考虑,才能给出一个反应完整的动力学图像。本文中,我们采用准经典轨线法,对三种不同质量组合的基元化学反应,C+CH→CC+H、H+Li F→HF+Li以及H+Br O→HBr+O反应的标量及矢量性质进行了理论方面的研究。反应体系的计算结果表明:(1)C+CH→CC+H反应为无阈能反应。当温度在150-500K范围内,反应速率常数变化较大,并且反应速率受振动量子态的影响较大,对转动量子态的变化并不敏感。产物散射分布的结果显示,随振动和转动量子态的变化,产物分子都表现出较强的前向及后向散射趋势。随着振动量子态的增大,产物转动角动量j'的取向效应增强;而转动量子态的增大减弱了j'的取向效应。当D原子取代反应物中的H原子后,无论其标量性质还是矢量性质均表现出了较强的同位素效应。(2)在温度T400K时,H+Li F→HF+Li反应的速率常数开始增大。在相同碰撞能下,随振动量子态的增大,总的积分反应截面变大,反应的速率常数迅速增大,产物转动角动量的取向效应也逐渐增强。然而,转动量子态的改变对反应的动力学性质影响并不明显。同位素取代使反应产物的散射峰左移并且其前向散射增强。(3)当温度在T150K范围内时,H+Br O→HBr+O反应的速率常数迅速增大。随振动量子态的增大,其反应几率、积分反应截面及反应速率常数均呈减小趋势。同时,振动量子态的增大也减弱了产物转动角动量的取向效应。随振动量子态的变化,产物散射以前向散射分布为主;当反应物的转动量子态发生变化时,产物的散射分布主要表现为前向和后向散射。同位素取代对反应速率常数、产物的角分布等动力学信息有较大影响。此外,我们采用量子方法和准经典轨线法计算了F+HD→DF+H反应的积分反应截面。随着碰撞能的增大,两种理论方法得到的积分反应截面结果均呈增大趋势。同时,采用准经典轨线法,我们还研究了态分辨的微分反应截面。结果表明,我们理论计算的散射分布与实验结果符合较好。随产物振动态的增加,产物的散射分布逐渐从后向散射转为侧向散射。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O643.1

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