一种获取双原子分子的转动常数的方法* (2004年)

在分子物理学和化学研究中，双原子分子的转动常数的准确计算对于理解分子的物理特性以及光谱分析尤为重要。特别是对红外光谱和拉曼光谱的研究，准确的转动常数能够帮助科学家识别分子结构并进行测量。本文介绍了一种创新的方法来获取双原子分子的转动常数，这种方法不仅适用于已有转动常数的情况，而且还能在缺乏数据时，通过Morse势函数进行估算。 该方法的核心在于利用振动常数结合RKR方程（Radau-Krylov-Rosseland方程）进行计算。RKR方程是一种经典的方法，通过振动常数确定双原子分子的振动转折点，进而构建出分子的势能曲线。为了处理RKR方程中的奇点问题，文中引用了R.K.Roy等人在1992年于滑铁卢大学化学物理科学报告中提供的程序，该程序通过数学处理有效地解决了奇点问题。 除了RKR方程，文章还采用了从头计算（ab initio calculation）的方法来获取势能曲线，这是一类不依赖于经验数据，完全从量子力学的基本原理出发的计算方法。通过从头计算，科学家可以得到分子的势能曲线，进而计算出其转动常数。 文章通过对碳氮（CN）分子的基态和激发态进行计算，验证了这种方法的有效性。CN分子是一种双原子自由基分子，在化学反应和环境化学过程中扮演着重要角色。通过对CN分子的计算结果与实验数据进行对比，显示出计算值与实验值高度吻合，这不仅证明了该方法的准确性和可靠性，也凸显了其在实际应用中的潜力。 本文所提出的方法，结合了振动常数、RKR方程和从头算计算技术，为研究者提供了一种强有力的工具。它不仅能够处理已有转动常数的情况，还能在没有足够转动常数数据的情况下，通过Morse势函数进行估算，为分子光谱学和分子结构的研究提供了新的视角和方法。对于研究分子的转动性质，尤其是在光谱学领域中，这项研究提供了一种有效的计算方案。 未来，这种方法可能会被广泛应用于其他类型的双原子分子和自由基分子，甚至可能扩展到更复杂的多原子分子系统中。其在CN分子上的成功应用，不仅为理论计算和实验测量提供了重要的参考，也对未来分子结构和光谱特性的研究有着深远的意义。通过这种计算方法，科学家可以更深入地探索分子的动态行为，进而对分子的化学反应过程有更全面的理解。