Введение к работе
Актуальность темы. На протяжении многих лет ван-дер-ваальсовы комплексы являются предметом интенсивных исследований как в теоретическом [1]-[3], так и в экспериментальном [4] плане. Интерес к ним обусловлен прежде всего уникальной возможностью детального изучения межмолеку пярного взаимодействия [2], а также различных продессов шутримолекулярной релаксации [5|. Вместе с тем необходимость изучения ван-дер-ваальсовых комплексов диктуется той лжной ролью, которую они играют в процессе начальной стадии конденсации [6J, [7], выступая в качестве центров за-юдьшгеобразования (димеры, тримеры и т. д.). Указанный [роцесс имеет место в сверхзвуковых соплах ракетных дви-ателей, газодинамических лазерах, в аэродинамических тру-ах. Большое внимание к этим комплексам также уделяется і при исследовании различных атмосферных и межзвездных роцессов [8]-[10].
Являясь по своей природе слабосвязанными ван-дер-вааль-овы комплексы характеризуются квантовыми состояниями нутренних фрагментов, причем определенная внутренняя имметрия этих фрагментов может сохраняться и для комп-екса в целом. Это проявляется в спектральных характе-истиках. В силу роли этих комплексов, определяющих на-шьную стадию конденсации, указанная зависимость моясет зоявиться и во всем макроскопическом процессе в целом.
ы\
Зт?'
Экспериментальным подтверждением этой гипотезы являются результаты экспериментов по конденсадии (11], (12] молекул воды в струе углекислого газа, а также адсорбции (13], [14] на поверхности углекислоты. Обнаружено, что в связанное состояние переходят молекулы воды преимущественно из той модификадии, которая содержит основное вращательное состояние. Аналогичная избирательность по вращательным состояниям молекул H2(D2) была обнаружена и для систем 1I2(D2)-HF [15], [16], хотя в этом случае менее устойчивыми оказываются пара- (орто-) модификадии, содержащие основное состояние молекул водорода. Попытки теоретического объяснения этого эффекта предпринимались в работе (15], особое внимание при этом уделялось роли анизотропии межмолекулярного взаимодействия. Было установлено, что основное (Е) состояние комплекса napa-H2HF с ростом анизотропии стабилизируется медленнее, чем основное (П) состояние opTO-H2HF. Однако дальнейшие исследования ограничивались лишь слабосвязанными системами типа атом-двух-.атомная молекула [17] и двухатомная молекула-двухатомная молекула (18]. Кроме того, как указывалось выше, при исследовании слабосвязанных систем необходим детальный учет симметрии как фрагментов, так и систем в целом. Так уже для атомно-молекулярных систем определенная симметрия молекулы может привести к дополнительным правилам, отбора и проявиться на классификации комплексов в целом. , Детальное изучение процессов комплексообразования пред-
полагает рассмотрение спектральных характеристик системы. . Ввиду особой роли симметрии при торможении молекулярного внутреннего вращения можно ожидать, что она проявится и в величинах резонансных ширин. При этом роль самих резонансов в процессе комплексообразования также должна быть детально рассмотрена.
Целью диссертационной работы является:
-
Разработка методов и составление пакетов программ для расчета спектров и ширин резонансов атомно-молеку-лярных комплексов с внутренним вращением. .
-
На примере атомно-молекулярных систем исследование особенностей резонансных и спектральных характеристик, связанных как с влиянием анизотропии, так и симметрии систем.
-
Разработка модели резонансного захвата молекул в процессе комплексообразования.
-
На базе полученных спектральных и резонансных характеристик объяснение эффектов вращательной и спин-селективной конденсации молекул воды.
Научная нозизна работы: Впервые
-установлено, что учет инверсионно-перестановочной симметрии комплексов типа атом-молекула воды приводит к разделению их на четыре независимые модификации, для каждой
5,
из них заторможенное вращение молекулы происходит по разному.
предложено теоретическое объяснение эффекта спин-селективной конденсации и адсорбции паров воды. Установлено, что указанный эффект может быть связан с различием в энергиях связи для пара- и ортомодификаций молекул ЩОфгО).
сформулирована модель многоступенчатого резонансного захвата при ассоциации молекул в газе. Показано, что многоступенчатый характер захвата может приводить к значительному увеличению скорости коыплексообразования.
показано, что эффект селективной конденсации молекул воды из основного вращательного состояния может быть связан с сильным уширенисм вращательных ргзонаксоз при захвате молекул пара-Н20 и соответственно орто-020.
Научная и практическая ценность работы:
Созданный пакет программ может быть использован для приближенного расчета колебательно-вращательных спектров связанных и резонансных состояний атомно-молекуляр-кых ван-дер-взальсовых систем.
Описанные в работе методы позволяют исследовать враща-
тельно- и спин-селективные процессы образования ван-дер-
заальсовых комплексов в газе. ' ,
Сформулированная модель многоступенчатого резонансного захвата и развитый аппарат расчета резонансных характеристик позволяет проводить детальный анализ процессов
конденсации и адсорбции молекул газа.
Основные положения, выносимые на защиту
Реализация метода сильной связи для расчета спектральных характеристик атомно-молекулярных систем с внутренним вращением.
Анализ влияния симметрии на заторможенное вращение молекул воды в атомно-молекулярных системах.
Многоступенчатая модель резонансного захвата при ассоциации молекул а газе.
Объяснение эффектов вращательнс- и спин-селективной конденсации молекул воды.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации опубликованы в 9 работах и докладывались на XI Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов (1991 г., Ленинград), а также на семинарах отдела колебаний и теоретического отдела Института общей физики РАН. Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключе- ння и библиографии (122 наименования). Она содержит 143 страницы машинописного текста, включая 21 рисунок и 5 таблиц.
