氢键缔合水分子与水的反常膨胀探析

从水的密度、水分子结构、冰的结构、水分子间的氢键及水分子的缔合等入题,分析了对水的反常膨胀;从微冰结构、晶体结构、极性分子及分子缔合几种解释方法,认为用水分子间形成氢键缔合水分子理论解释水的反常膨胀最为科学,与实验事实及晶体理论相吻合。     

H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附机理

为从微观上探讨H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附的机理,构建C30H14(9个苯环)代表煤局部表面,通过密度泛函理论分析甲烷分子,水分子和煤局部表面之间的相互作用。结果表明,水分子在煤表面的吸附比甲烷分子在煤表面的吸附更加稳定,二者以最稳定吸附构型吸附时的吸附能分别为-13.23 kJ/mol和-10.13 kJ/mol.当甲烷分子与已吸附水分子的煤表面作用时,甲烷分子吸附能显著下降,吸附平衡距离增大,表明水分子能迫使甲烷吸附到不稳定位置。水分子和甲烷共存时,水分子处于吸附状态,甲烷分子处于脱附状态且总能量最低,进而从分子水平表明水和甲烷竞争吸附时水处于主导地位。     

水络合物

一、配位体——水分子(H_2O)的特点1、水分子中作为配位原子的氧,以不等性SP~3杂化与两个氢原子共价相连,结合成稳定的化合物——水.氧本身还有未成键的孤电子对,这是它作为配位原子必不可少的条件.2、作为配位体的水分子,是极性分子.它的固有偶极矩(D)比氧分子还大,但它的极化率(α)又比氨分子相差较大.故从水分子的偶极矩总体效应来看要比氨分子.     

煤吸附水特性的研究

主要分析了煤吸附水的机理及其对吸附瓦斯的影响。分析表明,煤对水分子的吸附从本质上是由于水分子与煤表面分子相互吸引的结果,它们之间的作用力主要包括van der Waals力和氢键。van der Waals力来源于原子和分子间的色散力、取向力(静电力)、诱导力和交换力4种作用。由于水分子与煤表面分子的作用力比较强,煤中水分的存在降低了煤的甲烷吸附量。     

甲烷水合物热导率分子动力学模拟及分析

采用平衡态分子动力学方法模拟分子甲烷水合物导热性能,结合声子态密度分析甲烷分子和水分子间的能量耦合过程;探究范德华相互作用对热导率温度相关性的影响。结果表明:热导率随着甲烷分子和水分子间范德华相互作用的增强而增大。相互作用的增强令甲烷分子的振动峰值向高频区域移动,使得甲烷分子与水分子间的振动耦合作用增强,VDOS匹配程度增加,进而增大了甲烷水合物的热导率。高温下的温度相关性归因于弛豫时间声子的出现导致的非弹性散射,低温下主要受到光学声子模式和低频声子的约束影响。模拟的热导率的温度依赖性与实验结果吻合较好。     

水分子间振动能量转移的物理描述

用谐振子作为化学键的模型，水分子之间的能量转移过程可以描述为耦合谐振子系统．分子之间的能量转移相当于谐振子的能量从一个传递到另一个上．将水分子中HO键的振动以及水分子之间氢键的振动分别当作谐振子对待，从而具体描述了水分子之间的能量转移过程．理论估计能量转移的时间为60fs左右，与实验定出的100fs以下一致．该模型能够有效描述水分子间能量的传递．     

水分在泡沫温拌沥青中的分子动力学研究

为考察水分对泡沫温拌沥青的微观作用,选择具有代表性的沥青四组分分子结构,采用分子动力学模拟方法,研究了含水率分别为0、1%、2%、3%的基质沥青和泡沫温拌沥青体系玻璃化转变温度、自由体积分数、水分子的扩散系数;同时,也模拟分析了水分子与沥青分子之间的相互作用能.研究表明,与基质沥青相比,水分的添加使得泡沫温拌沥青的玻璃化转变温度下降,不同含水率的泡沫温拌沥青体系自由体积分数差距较小.同时,在泡沫温拌沥青中,随着含水率的增加水分子在泡沫温拌沥青中的扩散系数不断增大,当含水率为3%时,水分子在泡沫温拌沥青中的扩散系数上升得较为明显.水分子与沥青分子进行相互作用过程中,水分子与沥青之间存在着排斥作用,泡沫温拌沥青体系不稳定.此外,通过对泡沫温拌沥青体系的非键相互作用能分析得出,水分子与沥青分子之间静电力起主导作用,且随着体系含水率的增加而增大.     

乙腈体积分数对水的氢键网络结构的影响

拉曼光谱是研究液体分子及分子间相互作用的主要振动光谱技术.本文采用显微共聚焦拉曼光谱研究了乙腈-水二元溶液中水的振动特性.通过改变乙腈-水系统的体积分数,水的氢键网络结构将受到影响.测量了乙腈体积分数10%~90%的水溶液.结果表明:在低的体积分数下X_(cn)0.3时,水分子呈现氢键网络结构;0.3X_(cn)0.5时,水分子呈现氢键网络结构与复合物共存形态.乙腈分子体积分数占优势时,水分子对称伸缩振动发生红移,水分子间及乙腈-水复合物的氢键强度减弱,氢键网络结构将会破坏,拉曼模式的线宽、峰形发生改变.     

纳米限阈下的水分子作为载体的信号转换、传导和放大

通常各种信号处理器,如放大器、分流器等,都是利用电子或者光子进行信号的处理,当处理器小到纳米或分子尺度时,由于分子体系固有的复杂性,和来自热涨落和纳米尺度上区间信号的相互干扰等原因,分子层次上信号的准确传递、转换和放大常常是十分困难的.从分子层次的相互作用的角度来看,与静电相互作用的慢衰减方式和范德华作用的快速衰减方式相比,极性分子的偶极相互作用是屏蔽热噪声的影响且有效地避免分支信号间的干扰而实现分子层次上的长程信号传递的有效方法.本文回顾了如何利用限阈于特定管径的碳纳米管内的水分子单链有效地进行将单电子电量大小的电信号转换成偶极信号,并在常温热噪声的环境中实现有效地分子层次的长程信号传导,并进一步利用Y型水分子单链实现分子层次信号的放大.本文还讨论了Y型水分子单链实现分子层次信号放大的鲁棒性,并利用在水分子之外的极性小分子链——尿素分子链,再次展现这种通过偶极相互作用来实现分子层次的信息处理方式.对于人们设计新型的纳米信号传输器件、理解生物信号传递机制,这些研究具有重要的理论意义.     

夹心配合物二苯铬分子轨道的定性群论处理

本文以夹心配合物二苯铬[(C_6H_6)_2Cr]分子轨道的定性群论处理为例,介绍群论在分子轨道中的应用。首先求得苯分子的分子轨道,然后由二苯铬中两个配体苯的分子轨道线性组合成与中心铬原子价轨道对称性匹配的配体群轨道,进而求得整个二苯铬分子的分子轨道,最后作出夹心配合物二苯铬的近似分子轨道能级图。     

五元瓜环与CsCl配合物的合成及晶体结构

利用单晶X-射线衍射分析方法测定了五元瓜环与铯离子形成配合物的晶体结构,结果表明该配合物形成了以五元瓜环为"胶囊体",氯原子为"胶囊"芯材,铯离子为"胶囊盖"的"分子胶囊"结构,相邻的"分子胶囊"通过铯离子与水分子之间的配键组装形成一维超分子链,而相邻超分子链之间通过水分子、氯离子之间的氢键作用连接成二维的网状结构。     

水溶液分子对赖氨酸电子结构的等效势

要可靠计算在水溶液中的蛋白质分子的电子结构, 需要构造水溶液分子对蛋白质分子电子结构的等效势. 赖氨酸属于亲水的氨基酸, 在中性水溶液中带正电荷(Lys⁺). 通过基于密度泛函理论的第一性原理、全电子、从头计算, 构造了水溶液分子对赖氨酸(Lys⁺)电子结构的等效势. 首先用“自由团簇计算法”计算了一个含赖氨酸和水分子系统的电子结构, 通过调节水分子的空间位置, 求得能量最低的赖氨酸与水分子的相对空间构型. 然后以此空间构型为基础, 用“团簇埋入自洽计算法”计算赖氨酸在以水分子为外势条件下的电子结构. 最后再用“团簇埋入自洽计算法”计算赖氨酸在用偶极子代替水分子时的电子结构, 调节偶极子的极矩和位置, 使得以偶极子为外势和以水分子为外势的赖氨酸的电子结构尽量接近, 即得到了用偶极子势模拟的水溶液分子对赖氨酸(Lys⁺)的等效势. 计算结果显示, 水溶液分子对赖氨酸电子结构的主要影响是使各能级整体上移了约0.5032 eV, 并使Fermi面上的能隙增大了89%. 简单的偶极子势可以模拟水溶液分子对赖氨酸电子结构的影响.     

磁场处理对CaCl_2溶液中水分子结构的影响

为了探究磁场用于水处理的机理,该文从分子有序度以及氢键生成-破坏的热力学平衡角度综合研究磁场对CaCl2溶液中水分子结构的影响。选取0.5 T的固定磁场将溶液以一定流速循环通过,检测溶液的表面张力以及核磁共振(NMR)氧核的半峰宽,计算表面熵值以及自由水分子比率的变化。实验结果表明:随磁化时间的增加表面张力和熵值减小,半峰宽增加,自由水分子的比例降低;磁化后液体有序度增加,分子间氢键作用增加,水分子团簇的平均尺寸增大;循环磁化会改变CaCl2溶液的水分子结构。     

甲烷水合物在不同温度下扩散及其结构的模拟研究

采用经典分子动力学研究了275 K至305 K时甲烷水合物体系的甲烷分子、水分子的扩散系数以及CH_4-CH_4、CH_4-H_2O、H_2O-H_2O、H_2O-CH_4的径向分布函数、配位数和氢键数等结构性质.结果表明,甲烷水合物的分子扩散和局部结构明显地受到温度的影响.甲烷分子间和水分子间倾向各自相互聚集,引起四种类型的配位数差异很大.     

醇在水中的无限稀释扩散系数的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟研究了0.1 MPa、298~318 K条件下甲醇、乙醇、1-丙醇在水中的无限稀释扩散系数(D12),并通过径向分布函数、配位数、平均氢键数的计算,分析了二元流体的微观结构和分子间的相互作用。结果表明,模拟所得的无限稀释扩散系数与实验值符合。另外,随着温度升高,径向分布函数的峰高、醇分子与水分子之间的配位数以及醇-水的平均氢键数均减小,表明在较高温度下醇分子周围堆积的水分子数减少,醇分子和水分子之间的相互作用力降低,因而使扩散系数增大,这些结果从微观角度解释了扩散系数的变化规律。     

微波遥感大气湿度时多分子水的影响

本文研究了厘米波段和毫米波段水汽分子和双水分子的吸收作用,并讨论了它们在微波遥感大气水汽的影响。双水分子在毫米波段影响较大,厘米波段影响小。比较实际观测资料,双水分子对于大气吸收和水汽总含量的非线性关系有作用,但造成此非线性关系,仍有其它因素。     

AOT油包水微乳液中水分子结构和AOT分子构象的FT-IR研究

运用傅立叶变换红外光谱技术对AOT/异辛烷/水油包水型微乳液中水分子的O-H伸缩振动吸收峰和AOT分子中的羰基、磺酸根伸缩振动吸收峰进行了研究.结果表明水分子的O-H伸缩振动在3050～3750cm     

二甲基五元瓜环与KNO_3、Gd(NO_3)_3配合物的合成及晶体结构

利用单晶X-射线衍射分析方法测定了二甲基五元瓜环(DMeQ[5])与K+及Gd3+两种金属离子形成配合物的晶体结构,结果表明K+及Gd3+分别与DMeQ[5]的两个端口配位,硝酸根离子位于DMeQ[5]的空腔,形成分子胶囊结构。分子胶囊间通过共用水分子连接成一维的超分子链,相邻超分子链通过水分子、硝酸根离子以及瓜环端口的羰基氧之间的氢键作用形成网络结构。     

2-氯烟酰胺互变异构的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G*基组水平上,计算了气相中2-氯烟酰胺分子酮式和烯醇式进行质子迁移异构化过程的2种可能途径:分子内直接质子迁移和水分子辅助质子迁移.结果表明,在气相中只存在一种稳定构型,水分子的参与降低了质子迁移过程的活化能.     

6-氯烟酰胺的异构化和质子迁移理论研究

在密度泛函理论B3LYP/6-31G(d)基组水平上,计算了气相中6-氯烟酰胺分子酮式和烯醇式质子迁移异构化过程的2种可能途径:分子内直接质子迁移和水分子辅助质子迁移.结果表明,在气相中只存在一种稳定构型,水分子的参与降低了质子迁移过程的活化能.