外電場(chǎng)作用下漸近非對(duì)稱(chēng)陀螺分子基態(tài)穩(wěn)定性研究

外電場(chǎng)作用下漸近非對(duì)稱(chēng)陀螺分子基態(tài)穩(wěn)定性研究

氧氣不僅是一種強(qiáng)氧化劑，也是一種強(qiáng)催化劑。它具有殺菌、消毒、漂白、去除和過(guò)作用。目前，氧氣技術(shù)在醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生、食品、飼料、水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品貯藏保護(hù)用品、化工生產(chǎn)、環(huán)境處理、污水處理、飲用水消毒等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著成效。我知道世界上第二個(gè)強(qiáng)氧化劑是眾所周知的。在一定濃度下，它可以與細(xì)菌、病毒和其他微生物產(chǎn)生生物化學(xué)氧化反應(yīng)。氧氣具有高能量強(qiáng)、不穩(wěn)定。在室溫下，環(huán)氧樹(shù)脂容易分解，氧氣和單氧原子容易分解。目前，人們對(duì)氧氣的作用和危害進(jìn)行了廣泛的研究，但在原子結(jié)構(gòu)方面對(duì)氯分子的外電場(chǎng)效應(yīng)研究較少。原子分子在外電場(chǎng)作用下的特性研究是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作.分子的外場(chǎng)效應(yīng)研究已引起人們的極大興趣[8,9,10,11,12,13,14,15].研究臭氧分子在外電場(chǎng)作用下的特性對(duì)了解臭氧的離解機(jī)理十分重要.本文在DFT-b3lyp/6-311++g**理論水平對(duì)受分子軸線方向外電場(chǎng)(-0.02～+0.02a.u.)作用下的O3分子的基態(tài)鍵長(zhǎng)、總能量、分子占據(jù)軌道能級(jí)和空軌道能級(jí)、能隙及單點(diǎn)能進(jìn)行了計(jì)算.討論了外電場(chǎng)對(duì)O3分子鍵長(zhǎng)、總能量、能級(jí)、振動(dòng)頻率的影響,為更好地研究臭氧分子的行為、臭氧的新的應(yīng)用領(lǐng)域打下一定的理論基礎(chǔ).1哈密頓量lm外電場(chǎng)作用下分子體系哈密頓量H為Η=Η0+Ηint,H=H0+Hint,其中,H0為無(wú)外場(chǎng)時(shí)的哈密頓量;Hint為場(chǎng)與分子體系的相互作用哈密頓量.在偶極近似下,分子體系與外電場(chǎng)F的相互作用能為Ηint=-μ?F,Hint=?μ?F,其中,μ為分子電偶極距.沿臭氧分子對(duì)稱(chēng)軸方向加一系列外電場(chǎng)(-0.02～+0.02a.u.),所有的計(jì)算均在Gaussian03軟件包進(jìn)行.2結(jié)果和討論2.1o3分子鍵長(zhǎng)與總能量的關(guān)系O3分子屬C2v群,為漸近非對(duì)稱(chēng)陀螺分子.本文選用B3lyp/6-311++g**方法,在圖1所示對(duì)稱(chēng)軸即Z軸方向加從-0.020到+0.020a.u.間斷變化的電場(chǎng),計(jì)算相關(guān)的分子鍵長(zhǎng)Re、鍵角和總能量E,結(jié)果見(jiàn)表1.從表1的計(jì)算結(jié)果可以看出,隨著正向電場(chǎng)的增大,O3分子的O—O鍵長(zhǎng)不斷增大,鍵角∠O2O1O3逐漸減小.同時(shí),隨著電場(chǎng)的增大,O3分子的能量在不斷地升高.O—O鍵長(zhǎng)和分子總能量隨外電場(chǎng)的變化關(guān)系如圖2和圖3所示.2.2臭氧分子電荷分布在不同外電場(chǎng)作用下采用B3LYP/6-311++g(d,p)方法,對(duì)O3分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算得到的分子電荷分布見(jiàn)表2.從表2中數(shù)據(jù)可以看出,在O3分子中,O1原子帶正電荷,而O2和O3原子帶負(fù)電荷,并且O2和O3原子所帶電荷之和與O1原子所帶電荷大小相等,方向相反,這是由于臭氧分子本身不帶電荷.隨著電場(chǎng)的逐漸增大,O2和O3原子的電負(fù)性逐漸增強(qiáng),同時(shí)O1原子周?chē)恼姾擅芏纫苍絹?lái)越大.2.3homo級(jí)數(shù)的計(jì)算利用O3分子在不同的外電場(chǎng)中的穩(wěn)定構(gòu)型,用B3lyP/6-311++g**方法得到O3分子體系的最高占據(jù)軌道(HOMO)能量EH、最低空軌道(LUMO)能量EL以及能隙EG,其中能隙EG=EL-EH,其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.由于HOMO能級(jí)反映了分子失去電子能力的強(qiáng)弱,HOMO能級(jí)越高,該分子越易失去電子;而LUMO能級(jí)在數(shù)值上與分子的電子親和勢(shì)相當(dāng),LUMO能級(jí)越低,該分子越易得到電子.HOMO與LUMO能隙差EG的大小反映了電子從占據(jù)軌道向空軌道發(fā)生躍遷的能力,在一定程度上代表了分子參與化學(xué)反應(yīng)的能力.由表3可以看出,隨著正向外電場(chǎng)的增大,O3分子的最高占據(jù)軌道EH、最低空軌道能量EL均逐漸升高.但能隙隨外電場(chǎng)增大而逐漸減小,且能隙隨外電場(chǎng)幾乎線性減小,如圖4所示.2.4外電場(chǎng)對(duì)o3分子振動(dòng)頻率和強(qiáng)度的影響根據(jù)對(duì)O3分子在不同外電場(chǎng)作用下進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算得出的穩(wěn)定構(gòu)型,得出了在外電場(chǎng)作用下O3分子紅外光譜的振動(dòng)頻率和對(duì)應(yīng)的紅外強(qiáng)度,見(jiàn)表4.從表4中可以看出,無(wú)外電場(chǎng)時(shí),O3分子的振動(dòng)頻率分別位于746.5971、1183.019、1245.406cm-1,均接近實(shí)驗(yàn)值701、1042、1103cm-1.隨著外電場(chǎng)的加大,O3分子的振動(dòng)頻率f1、f2和f3均逐漸減小,而其振動(dòng)頻率f1、f2和f3的紅外強(qiáng)度逐漸增大,但增大的幅度很小.總體上外電場(chǎng)對(duì)O3分子的紅外強(qiáng)度影響甚微.外電場(chǎng)對(duì)O3分子紅外光譜的振動(dòng)頻率和強(qiáng)度影響見(jiàn)圖5和圖6所示.2.5外電場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)的影響利用B3lyp/6-311++g**方法所得O3分子在不同外電場(chǎng)下的轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)如表5所示.從表5可以看出,隨著外加電場(chǎng)的增加,轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)A明顯增大,轉(zhuǎn)動(dòng)常數(shù)B和C卻略微減小,其變化規(guī)律如圖7所示.3外電場(chǎng)的影響通過(guò)計(jì)算及分析表明:1)外電場(chǎng)對(duì)O3分子結(jié)構(gòu)有較大影響,隨電場(chǎng)的增大分子O—O鍵長(zhǎng)增大,鍵角∠O2O1O3增大,總能量升高.2)外電場(chǎng)對(duì)O3分子電荷分布有明顯影響,隨著電場(chǎng)的逐漸增大,O2和O3原子的電負(fù)性逐漸增強(qiáng),同時(shí)O1原子周?chē)恼姾擅芏纫苍絹?lái)越大.3)外電場(chǎng)對(duì)O3分子能級(jí)有較大影響,HOMO能級(jí)、LUMO能級(jí)均隨電場(chǎng)的增大而增大;能隙隨外電場(chǎng)逐漸減小.4)外電場(chǎng)對(duì)分子振動(dòng)頻率及紅外強(qiáng)度均有