Квантовые состояния молекулы диоксида азота и ее аквакомплексов

• Автор: Безруков, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.17, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Современный этап развития квантовой химии в совокупности с уровнем доступной вычислительной техники позволяет исследовать подобные кластерные системы и получать не только качественные, но и количественные оценки происходящих в них процессов. Молекула диоксида азота может участвовать и в газофазных атмосферных реакциях, играя роль акцептора избыточной кинетической энергии при столкновениях частиц. Для оценки эффективности такого процесса, а также для оценки времени жизни высоковозбужденных таким образом молекул диоксида азота необходимо знание спектра и колебательных состояний, позволяющего охарактеризовать возможное перераспределение избыточной энергии но колебательным степеням свободы молекулы. Цель данной работы двоякая. С одной стороны, разработав эффективную методику вычисления полного спектра колебательных состояний трехатомных систем с использованием аналитически аппроксимированной полной поверхности потенциальной энергии, необходимо было вычислить спектр молекулы диоксида азота. С другой, используя прикладные методы квантовой химии, исследовать результат взаимодействия молекулы диоксида азота с ассоциатом молекул воды в условиях возможной ионизации системы, а также проследить дальнейший путь превращений заряженных комплексов. Н.Ы0з в системах состава НЫНп в зависимости от числа молекул воды. Детальное изучение строения и устойчивости комплексов МНП и продуктов их ионизации позволило оценить необходимые энергии излучения, инициирующего образование азотной кислоты в атмосфере, и предсказать условия образования в системе окислителей ионов Н и в высокой концентрации. Эти результаты могут быть использованы для объяснения атмосферных процессов и уточнения общепринятых циклов, включающих диоксид азота как один из основных компонентов, а также для установления механизмов образования полярных стратосферных азотнокислых облаков. Полученные результаты могут быть использованы и для объяснения строения и свойств поведения ассоциатов молекул воды в присутствии посторонних молекул гидрофобной и гидрофильной природы, что позволяет судить о соответствующих особенностях сетки водородных связей микрообъемов воды. В работе предложен и апробирован метод эффективного вычисления спектра связанных колебательных состояний трехатомных молекул. Рассчитанный спектр молекулы диоксида азота может быть полезен при моделировании газофазных реакций, в частности для оценки роли молекулы диоксида азота как акцептора избыточной кинетической энергии, выделяющейся в ходе столкновения отдельных молекул. Предложенная методика позволяет значительно быстрее при сохранении точности рассчитывать дискретный спектр колебательных состояний трехатомной молекулы в любом интересующем интервале значений. Уточненный колебательный спектр молекулы диоксида азота. Описание строения и устойчивости комплексов МНП п1 . Доказательство возможной диссоциации азотной кислоты через образование контактной ионной пары НзО. Результаты работы неоднократно докладывались на семинарах лаборатории квантовой механики и строения молекул Химического факультета МГУ и отделении физической химии Химического факультета университета Гетеборга Швеция, на Международной конференции по вычислительным методам в науке и инженерии 1ССМ8Е , на международной конференции по квантовой и вычислительной химии им. В.А. Ii i. В тех случаях, когда изучаются процессы, для которых затруднительно а в ряде случаев просто невозможно провести соответствующий эксперимент, остается только один путь проверки достоверности сопоставить результаты расчетов базовых модельных систем с использованием того или иного метода математического моделирования с экспериментальными оценками. При этом выбор модельных систем должен определяться строением и составом интересующей системы, с одной стороны, и наличием результатов экспериментов, с другой. В данной главе приведены литературные данные, полученные экспериментально и, там где это необходимо в ходе расчетов, посвященных изучению тех модельных систем, которые, на наш взгляд, удовлетворяют вышеперечисленным требованиям это индивидуальные молекулы воды и диоксида азота, анионы и катионы последнего, а также молекулярные ассоциаты воды и ассоциаты с молекулой .