【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(yīng)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(jìn)行了科學(xué)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(nèi)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(yuǎn)到近成鍵過程、Li-F體系兩原子由遠(yuǎn)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(jié)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(nèi)稟特征輪廓點到原子核距離以及界面對應(yīng)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(yuǎn)到近進(jìn)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(jīng)過H-H鍵鍵心的直線由遠(yuǎn)到近進(jìn)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(jìn)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(jié)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(jìn)而獲得分子各個內(nèi)稟特征值以及這些值對應(yīng)的邊界電子密度,并繪制出分子形貌圖。(3)圍繞“科學(xué)可視化”這一主題。主要體現(xiàn)為兩種形式:利用SAI等繪圖軟件,結(jié)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(jìn)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(jié)合起來,更加直觀和形象地展現(xiàn)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(chǎn)生興趣,體驗化學(xué)科學(xué)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(rèn)識。結(jié)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(rèn)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(jié)合.1.a.u.附近）達(dá)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(xiàn)，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(jìn)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(gòu)型，并獲得體系的電子密度輪廓和每一點對應(yīng)的電子密度的值 matlab 軟件進(jìn)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(biāo)尺代表的電子密度，標(biāo)尺上的顏色變化對應(yīng)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(lán)色區(qū)較大，而紅色區(qū)域表示的是電子密度數(shù)值較小，從藍(lán)到紅是一個
【學(xué)位授予單位】：遼寧師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O641.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2615997