分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）
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分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（Molecular Reaction Dynamics）又稱微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。是從原子、分子的微觀性質(zhì)出發(fā)，分析分子間的運(yùn)動(dòng)及其相互作用，從而深刻地認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)及其規(guī)律的一門學(xué)科。分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究建立在現(xiàn)代物理有關(guān)分子、原子、激光與激光理論、分子束、能譜等實(shí)驗(yàn)技術(shù)及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上。它應(yīng)用現(xiàn)代物理化學(xué)的先進(jìn)分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態(tài)下和不同分子體系中單分子的基元化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理。這一研究深入到分子或原子的微觀層次，研究不同能態(tài)(平動(dòng)、振動(dòng)、電子運(yùn)動(dòng))、不同構(gòu)型的分子反應(yīng)特征。研究分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)和分子之間的碰撞規(guī)律。分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)方法主要有：交叉分子束實(shí)驗(yàn)技術(shù)、激光誘導(dǎo)熒光、化學(xué)發(fā)光技術(shù)等，理論上要解決這樣一些問題：給出反應(yīng)物分子在空間上的勢能面，即確定反應(yīng)體系中各反應(yīng)物分子在空間不同位置上的相互作用；計(jì)算作為反應(yīng)物初態(tài)、產(chǎn)物終態(tài)函數(shù)的反應(yīng)幾率或反應(yīng)截面；按反應(yīng)初態(tài)能量分布規(guī)律，從反應(yīng)截面計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)并給出宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面的信息。
基本信息
| 外文名 | Molecular Reaction Dynamics |
簡介
化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支，是研究化學(xué)反應(yīng)基元過程分子機(jī)理的學(xué)科。它用理論物理的方法計(jì)算處于某一量子態(tài)的分子進(jìn)行單次碰撞并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的幾率（或截面）和產(chǎn)物分子的量子態(tài)、空間分布及反應(yīng)速率常數(shù)等。這些研究提供了如何控制和利用化學(xué)反應(yīng)的理論依據(jù)。
舉例
例如，為了使吸能反應(yīng)
能夠發(fā)生，增加 
的振動(dòng)能比增加其平動(dòng)能更為有效。它的逆反應(yīng) 
是一個(gè)放能反應(yīng)，分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)能夠提供產(chǎn)物分子振動(dòng)態(tài)“布居反轉(zhuǎn)”的信息，從而為尋找化學(xué)激光工作物質(zhì)提供了依據(jù)。它還能提供反應(yīng)體系“碰撞對”真實(shí)碰撞過程的信息──“碰撞對”是直接反應(yīng)還是經(jīng)過一個(gè)絡(luò)合物的反應(yīng)。
理論計(jì)算方法：20世紀(jì)30年代，以美國物理化學(xué)家H.艾林為代表的學(xué)派，用海特勒－倫敦計(jì)算
的方法建立了
反應(yīng)體系的第一個(gè)勢能面，借助統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法計(jì)算了在該勢能面上的熱平衡反應(yīng)速率常數(shù)，稱為絕對反應(yīng)速率理論或過渡態(tài)理論。
分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理論計(jì)算方法分為三部分：①化學(xué)反應(yīng)體系勢能面的量子化學(xué)計(jì)算；②反應(yīng)截面（或幾率）的計(jì)算;③由反應(yīng)截面計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)。因此，也可以說分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究反應(yīng)體系在熱能面上運(yùn)動(dòng)過程的學(xué)科。在確定的勢能面上求解核的運(yùn)動(dòng)方程，既可以用經(jīng)典力學(xué)方法，也可以用量子力學(xué)方法。
分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
以
雙分子共線交換反應(yīng)為例 (共線反應(yīng)是指反應(yīng)體系的三個(gè)原子沿直線相互接近的反應(yīng)),該反應(yīng)體系的坐標(biāo)系見圖1。
式中
和
分別為A和BC,B和C之間相對運(yùn)動(dòng)的約化質(zhì)量； 
分別為原子A、B、C的質(zhì)量; h為普朗克常數(shù)； 
和 
為有效勢函數(shù)。
核運(yùn)動(dòng)的薛定諤方程為：
對于實(shí)際的三維化學(xué)反應(yīng)，用上面的方法可以得到反應(yīng)截面隨碰撞能變化的關(guān)系。用量子散射理論求反應(yīng)截面（或幾率）的關(guān)鍵是求散射幅，一般是在自然反應(yīng)坐標(biāo)中用數(shù)值求解耦合微分方程。這是一項(xiàng)十分復(fù)雜的計(jì)算工作。
當(dāng)反應(yīng)體系的質(zhì)量較大，德布羅意波長很短時(shí)，用經(jīng)典軌跡法或者用準(zhǔn)經(jīng)典軌跡法，即對反應(yīng)物初態(tài)分布和產(chǎn)物終態(tài)分布作量子校正的經(jīng)典軌跡法研究反應(yīng)體系沿勢能面的運(yùn)動(dòng)，往往也能得到比較滿意的定性或半定量的結(jié)果。
展望
由于分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的深入發(fā)展，對分子反應(yīng)散射的研究引起了人們極大的興趣。一方面，分子化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究為化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究提供了詳細(xì)的信息；另一方面，對反應(yīng)散射的理論計(jì)算，既可以同實(shí)驗(yàn)結(jié)果互相對比，又可以給予實(shí)驗(yàn)結(jié)果以清楚的物理解釋。例如，對
反應(yīng)體系的實(shí)驗(yàn)和理論研究，發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)物分子振動(dòng)態(tài)“布居反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，導(dǎo)致了化學(xué)激光器的產(chǎn)生，從而推動(dòng)了態(tài)-態(tài)反應(yīng)速率的研究，使分子化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展到態(tài)-態(tài)分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的新階段。
參考書目
R. D. Levine and R. B. Bernstein, Molecular Reaction Dynamics,Oxford Univ.Press,Oxford,1974.
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