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波恩—奥本海默近似在氯加氢高能反应中有效

发布时间:2017-12-03 阅读:

  波恩 - 奥本海默近似在氯氢化能中是有效的

  在氢气加氢期间两个潜在表面之间的偶联使得非绝热过程在该反应中的低能量反应中是重要的。 (照片由Millard Alexander教授提供)[科学时报王丹红报道] Born-Oppenheimer近似是分子物理学,量子化学和量子物理学研究中有效和常用的基础。一年前,中国科学院大连化学物理研究所的科学家和合作者在实验中发现,在低碰撞能量下,波恩 - 奥本海默近似于氟化物 - 氘反应完全失败;今天,来自同一研究小组的科学家证实,波恩 - 奥本海默近似法在氯加氢能量学中是有效的。新的研究成果发表在10月24日的美国科学杂志上。该论文的评论者评论说:“毫无疑问,这项实验工作是迄今为止最好的氢气氯化实验研究,理论研究也非常突出” ,“这项工作解决了氯化氢加氢中激发态和基态的相对反应性这个长期存在争议的问题。 “这项研究是由”化学学会新闻“杂志在10月27日的”美国化学学会杂志“上发表的,分子反应动力学国家重点实验室的研究负责人之一杨学明说,这个发现解决了在化学动力学领域长期存在争议的问题,是研究非绝热过程动力学的一个重要问题学术工作20世纪初,美国着名物理学家奥本海默“原子弹之父”,与他的导师,着名的德国物理学家波恩共同提出了波恩 - 奥本海默近似,这种近似也称为近核近似或绝热近似,是基于这样一个事实,电子与原子核有很大的不同,当原子核的分布发生轻微变化时,电子可以快速调整其运动状态以适应新的核耳电位,检查电子对其轨道的快速变化不敏感。这种近似方法是量子化学和凝聚态物理中常用的一种方法,用来解耦原子核和电子的运动。这种近似在大多数计算化学研究中是隐含的,但其正确性只能通过精确的实验来验证。杨学明说,非绝热过程的分子体系是一种自然界中经常发生的化学和物理现象。这些过程在生命和自然,大气化学以及各种激发状态的演变中是非常重要的。例如,人类和其他生物能够看到世界上美丽事物的原因,是由于光被激发态激发后,视网膜中光敏分子的非绝热过程。然而,在实验和理论上研究非绝热动力学过程是一个非常困难的课题。氯加氢反应是重要的元素化学反应。近年来,氯原子的自旋 - 轨道激发态的反应特性一直是一个颇有争议的课题。在早先的实验研究中,科学家发现,即使在高碰撞能量下,氯原子的自旋轨道激发态比基态反应要强得多。这个实验结果与今天最准确的动力学理论有很大的不同。这一结果对Bonn-Oppenheimer近似在高碰撞能量下的有效性提出了挑战,使得氯化氢化的非绝热动力学成为一个非常值得关注的话题。杨学明带领实验组利用实验室研制的先进氢原子里德伯格波音飞行时间谱 - 交叉分子束仪,对氯化氢交叉分子束反应实验进行了精确的研究,测量了氯原子激发态的相对微分截面和氢分子的基态。他们的实验结果表明,在低碰撞能量下,氯原子自旋轨道激发态的反应性与基态相当。这一结果表明波恩 - 奥本海默近似在这个重要的反应中以低碰撞能量失效;然而,当碰撞增加时,研究人员发现氯原子的自旋轨道激发态与基态的反应性变得越来越小,这表明波恩 - 奥本海默近似在这个重要的反应中对高碰撞能量是有效的。与此同时,大连化学大学亚历山大大学教授,大连化学物理研究所张东辉教授,南京大学谢先生教授等人合作,对多重耦合势能面进行全量子散射动力学计算。理论计算结果与杨学明集团的结果一致。实验结果吻合良好。杨学明认为,这项研究证实,波恩 - 奥本海默近似法即使在氢气的氯化反应中的低碰撞能量下也是无效的,但在高碰撞能量下仍然有效,这表明非绝热动力学的理论研究已经达到了很高的水平准确性。

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