【摘要】：分子形貌理論不僅能夠精確地描繪出所選分子體系的形狀和大小,同時能夠形象生動地顯示出分子的表面電子密度及特征。本文應用分子形貌理論,分別探討了雙原子體系和三原子體系成鍵過程的形貌動態(tài)變化。對成鍵過程進行了科學可視化,用靜態(tài)漫畫的方式和動畫演示這兩種方式描述分子形貌圖變化的過程。具體的研究內容如下:(1)對于雙原子體系分別研究了:H-F體系兩原子由遠到近成鍵過程、Li-F體系兩原子由遠到近成鍵過程的形貌動態(tài)變化,使用MP2/6-311++G(d,p)的基組和理論方法,計算獲得H-F、Li-F體系成鍵過程的第一電離能。利用MELD軟件包,結合自編程序,在hf/6-311++G(d,p)理論水平下,計算得到各個核間距下體系單電子作用勢。計算了分子平面內稟特征輪廓點到原子核距離以及界面對應的電子密度,并且繪制了各體系的分子形貌圖。(2)對于三原子體系分別研究了:O原子沿著H_2分子的H-H鍵方向由遠到近進攻H_2分子過程、O原子沿著垂直于H_2分子的H-H鍵且經過H-H鍵鍵心的直線由遠到近進攻H_2分子形成H_2O分子過程,在MP2/6-311++G(d,p)的基組和理論方法下,計算獲得兩種進攻過程中各個體系的第一電離能。使用MELD精密從頭計算中的hf/6-311++G(d,p)方法,結合我們自編的分子形貌程序,計算分子中一個電子作用勢的大小,進而獲得分子各個內稟特征值以及這些值對應的邊界電子密度,并繪制出分子形貌圖。(3)圍繞“科學可視化”這一主題。主要體現為兩種形式:利用SAI等繪圖軟件,結合HF分子成鍵的分子形貌圖變化,繪制漫畫。利用PS等做圖軟件對HF分子成鍵和H_2O分子形成的形貌平面圖進行修改和整合,以動畫的形式展示出來。這兩種方法都能夠與理論計算結合起來,更加直觀和形象地展現出分子成鍵時分子形貌的變化,同時也能讓更多人對理論計算產生興趣,體驗化學科學的魅力。本文通過分子形貌理論,對分子的成鍵過程提供了更直觀的認識。結合圖像和動畫,對研究分子成鍵過程也有了一種嶄新的方向和認知。
【圖文】：

圖 2.1 HF 的第一電離能分別隨 H、F 原子之間距離變化曲線(a.u.)Fig. 2.1 The action of the first ionization energies with the distancebetween H and F atoms (a.u.) 中我們可以看出，隨著 H-F 原子的核間距的增大，HF 體系的第先減小后逐漸增大再趨于平緩的趨勢。其中，在 HF 分子穩(wěn)定形33a.u.時的第一電離能是 0.5917hartree；而在 H-F 兩原子將要結合.1.a.u.附近）達到第一電離能的最小值：0.4629hartree。表 2.2 LiF 分子的第一電離能 I E(能量/hartree)Table 2.2 The first ionization energies (hartree) of LiF molecules.u.) 核間距( ) E1E2IE 10.584 -106.9984 -106.7955 0.20 7.938 -106.9989 -106.7956 0.20 5.292 -107.0160 -106.7959 0.22 4.763 -107.0279 -106.7962 0.23 4.286 -107.0415 -106.7965 0.24 4.260 -107.0424 -106.7965 0.24 4.233 -107.0432 -106.7965 0.24 4.180 -107.0450 -106.7966 0.24

圖 2.2 LiF 的第一電離能分別隨 Li、F 原子之間距離變化曲線(a.u.)Fig. 2.2 The action of the first ionization energies with the distancebetween Li and F atoms (a.u.)中，我們發(fā)現，在 Li-F 核間距從 2.0a.u.到 20.0a.u.這一系列體系間距的增大而逐漸減小在趨于平緩的，但是，在核間距從 1.0a.u由相對較低值 0.2436hartree 突然跳躍到一個最高值 0.4549hartre=H,Li)成鍵動態(tài)過程的分子形貌變化里，，我們要分別作出 H-F 組和 LiF 組在各個不同核間距的體系下，從而對體系的變化趨勢作進一步的分析。首先，采用MP2/6-31先優(yōu)化得到 A（H、Li）原子和 F 原子處于不同核間距情況下的構型，并獲得體系的電子密度輪廓和每一點對應的電子密度的值 matlab 軟件進行分子形貌圖的繪制，如圖 2.3 到圖 2.4 所示。其圖下方的顏色標尺代表的電子密度，標尺上的顏色變化對應了分變化，顏色的不同反映了不同的電子密度的大小，其中，藍色區(qū)較大，而紅色區(qū)域表示的是電子密度數值較小，從藍到紅是一個
【學位授予單位】：遼寧師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O641.1

【參考文獻】

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本文編號：2615997