液態(tài)水分子間氫鍵相互作用的從頭分子動力學(xué)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(xué)、生物過程中起著關(guān)鍵的作用，表現(xiàn)出一些特殊的性質(zhì)，值得我們進(jìn)行深入研究。對水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有一透徹的了解是非常必要的。 水分子具有特殊性質(zhì)是由于水中能夠形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)。這種氫鍵網(wǎng)絡(luò)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(zhì)來自于水中的氫鍵這一觀點已經(jīng)被廣泛的接受，液態(tài)水的基本動力學(xué)過程是氫鍵的不斷形成和斷裂。但是，到目前為止，水

2、的這種動力學(xué)過程并沒有完全的被人類所揭示！ 一些實驗方法：紅外吸收、拉曼散射、去極化光的散射、無彈性的中子散射等可以間接的研究氫鍵動力學(xué)，但只能給出定性的結(jié)果。每個水分子在飛秒（fs）時間內(nèi)進(jìn)行著快速的重新定位運動，使的實驗技術(shù)在研究液態(tài)水的結(jié)構(gòu)上顯得無能為力。在這種情況下，發(fā)展了計算機模擬方法，它可以描述每一個水分子的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)。 當(dāng)前，Car-Parrinello動力學(xué)方法（CPMD）是一種主要的基于第一原理的

3、從頭分子動力學(xué)方法。在本文中，我們用CPMD對液態(tài)水體系進(jìn)行計算機模擬。研究與氫鍵有關(guān)的液態(tài)水的性質(zhì)。 通過對液態(tài)水分子體系模擬結(jié)果的統(tǒng)計分析，得到了徑向分布函數(shù)、取向分布函數(shù)、成鍵度和氫鍵壽命等。從這些數(shù)據(jù)中得到以下結(jié)論: 1. 在液態(tài)水分子中，大部分水分子和四個第一殼層的水分子通過氫鍵相互作用以二聚體的形式形成四面體結(jié)構(gòu)； 2. 液態(tài)水分子的成鍵度隨溫度的升高而降低； 3. 液態(tài)水中氫鍵成鍵壽命為(2