C+CH反应的动力学理论研究

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在富含碳元素的星体和星际云中,乙炔基C2H不仅是含量极为丰富的多原子物质之一,而且也是碳氢化合物燃烧最为重要的中间产物。通过对星际物理的研究,Suzuki认为C2H对碳链分子CnH(n=2-6)的形成和破坏起了至关重要的作用。此外,C2H也是乙炔光解离和一些化学反应的产物,如:C2+CH4,H+C2H4。实验上,人们对C+CH反应中具体的动力学性质的分布规律等内容的研究较少。通过查找以往的实验中所得到的实验数据,我们在仅查到了关于该体系三个反应速率常数实验值。理论上对该反应仍需更加进一步的研究。在本文中,以Boggio-Pasqua等人利用CMRCI方法构建的C2H体系的势能面为基础,结合利用QCT程序,对C+CH反应在12A"型势能上的动力学性质进行了研究。对体系的动力学性质方面的研究内容主要包含以下几个方向:反应物碰撞能大小变化、反应物振转激发以及同位素效应。同时我们对QCT程序计算所得到的数值结果与动力学图像,通过联系势能面特征与微光化学反应机理进行了分析。在研究中我们发现了一下几点(1)攻击原子碰撞能大小对C2H体系反应的动力学性质的影响。通过我们计算所得到反应几率的结果与原势能面作者Boggio-Pasqua的结果对比,得到数据吻合的较好。计算得到的反应几率和反应截面随着碰撞能的增加都逐渐降低。DCS图像中曲线的峰值主要出现在前后向散射上,并且随着碰撞能的增加,前后向端值减小了。反应后,产物C2分子的分布极化程度得到增强,并且转动角动量矢量的方向定向于y轴,并且随着碰撞能的增加经历了由定向方向y轴负方向转变为y轴的正方向的过程。(2)反应物CH分子振动态对该反应动力学性质的影响。我们发现该反应的反应强度出现先减小后增加的情况。反应物振动态的增强整体上加强了产物的前向散射程度,并注意到v=3这条特殊的曲线。我们还发现了反应的间接反应机理逐渐发生了变化,并且由于反应机理的变化,反应时间也相应的逐渐缩短。另外,我们还研究了反应物振动态对该反应的P(θr)、P(φr)以及转动取向因子<P2(j’·k)>的影响。研究发现,反应物振动激发增强了产物角动量的极化与取向程度。由转动取向因子的结果对比,证实了我们对P(θr)、P(φr)计算的准确性。(3)反应物分子转动态对这个反应动力学性质的影响。计算的结果表明反应物的反应截面不断降低,即反应物振动态强度的增强降低了反应的反应强度与活性。对整个反应物分子分布情况可以看到,反应的前后向散射程度降低,侧向散射程度增强。通过对数据的分析,我们还得到了反应物转动态对反应的P(θr)、P(φr)的影响。研究发现,反应物的转动激发降低了产物角动量的极化与取向程度。(4)CH\CD\CT分子对该反应的动力学性质的影响。计算得到的同位素效应下的反应截面,随着碰撞能增加而降低。同时,我们也给出了在不同碰撞能下的C+CH/CD/CT的微分反应截面(DCSs),结果表明产物的前向散射程度得到增强。另外,我们还研究了反应物同位素效应对反应的P(θr),P(φr)分布,使得产物的取向与定向程度降低。对研究过程的具体图像与数据,我们结合势能面与反应机理给出了合理的解释。我们的计算使的对C+CH反应的立体动力学的理论研究变得更加具体与完善。
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