水體系中K+與水分子之間成鍵的AIM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，

2、水的這種動力學(xué)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(jié)合在生物與化學(xué)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(dāng)前，Car-Parrinello動力學(xué)方法(CPMD)是一種主要的基于第一原理的從頭分子動力學(xué)方法。在本文中，我們用CPMD對液態(tài)水體系進行計算機模擬。研究水體系的性質(zhì)。

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(jié)果的統(tǒng)計分析，得到了以下結(jié)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(guān)系，通過此關(guān)系可以計算出氫鍵能量。
　　2.經(jīng)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(diào)的四面體幾何結(jié)構(gòu)，我

4、們計算出常溫下的水體系甚至超熱水體的局部結(jié)構(gòu)在一定程度上為扭曲的四面體結(jié)構(gòu)。
　　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(jié)合在250K～350K時很穩(wěn)定。
　　6.通過幾何學(xué)標(biāo)準(zhǔn)得到的液態(tài)體系中鉀離子與水中氧原子的平均配位