水體系中K+與水分子之間成鍵的AIM動力學研究.pdf

1、水是大自然賦予我們的寶貴資源，也是人類賴以生存的必要條件。它在化學、生物過程中起著關鍵的作用，表現(xiàn)出一些特殊的性質，值得我們進行深入研究。對水的結構和性質有一透徹的了解是非常必要的。
　　水分子具有特殊性質是由于水中能夠形成氫鍵網絡。這種氫鍵網絡并不是固定的，每一個水分子中氫鍵的數(shù)目和氫鍵的強度都在不斷的變化。雖然水的特殊性質來自于水中的氫鍵這一觀點已經被廣泛的接受，液態(tài)水的基本動力學過程是氫鍵的不斷形成和斷裂。但是，到目前為止，

2、水的這種動力學過程并沒有完全的被人類所揭示！
　　除此以外，水分子團簇與各種金屬離子結合在生物與化學中起到很重要的作用。例如堿金屬中的鉀離子與水分子形成的K+-H2O團簇在生物體鉀離子通道的選擇中起到了重要的作用。本文主要介紹K+與水分子之間的成鍵。
　　當前，Car-Parrinello動力學方法(CPMD)是一種主要的基于第一原理的從頭分子動力學方法。在本文中，我們用CPMD對液態(tài)水體系進行計算機模擬。研究水體系的性質。

3、
　　通過對液態(tài)水分子體系和水體系中K+與水分子之間成鍵的模擬結果的統(tǒng)計分析，得到了以下結論:
　　1.水體中通過CCSD(T)/Aug-cc-pVTZ水平計算得到的氫鍵能量與用AIM原理得到的氫鍵臨界點的電子密度呈線性關系，通過此關系可以計算出氫鍵能量。
　　2.經過統(tǒng)計分析CPMD模擬得到的數(shù)值可以知道：水體系中氫鍵的能量符合高斯分布。
　　3.考慮到超冷水體系(250K)擁有一個非常協(xié)調的四面體幾何結構，我

4、們計算出常溫下的水體系甚至超熱水體的局部結構在一定程度上為扭曲的四面體結構。
　　4.鉀離子與水中氧原子的徑向分布函數(shù)表明：常溫下的液態(tài)體系中，鉀離子與第一水合層之間作用強烈，而在其它水合層則趨于和緩。
　　5.鉀離子與一、二兩個水合層中的水分子均發(fā)生作用。因為K+-H2O之間形成的較強的鍵，所以第一水合層中離子與水的結合在250K～350K時很穩(wěn)定。
　　6.通過幾何學標準得到的液態(tài)體系中鉀離子與水中氧原子的平均配位