武汉大学：《物理化学》课程教学资源（PPT课件）第八章 反应速率理论（6/6）分子反应动态学（molecular reaction dynamics）

分子反应动态学 (molecular reaction dynamics)

分子反应动态学 (molecular reaction dynamics)

分子反应动态学 molecular reaction dynamics 化学反应的三个层次： 1.复合反应 2.基元反应 3.态一态反应 分子反应动态学以研究态一态反应为重点， 从微观层次认识基元反应的基本规律。研究 具有确定量子态的反应物分子经过一次碰撞 变成确定量子态的生成物分子过程的反应特 征

分子反应动态学 molecular reaction dynamics 化学反应的三个层次： 1.复合反应 2.基元反应 3.态－态反应 分子反应动态学以研究态－态反应为重点， 从微观层次认识基元反应的基本规律。研究 具有确定量子态的反应物分子经过一次碰撞 变成确定量子态的生成物分子过程的反应特 征

·微观反应动力学起始于二十世纪三十年代， 由Eyring,Polanyi等人开始，但真正发展 是在六十年代，近代光谱技术、分子束技 术、激光技术和大型高速电子计算机的出 现，使得微观反应动力学无论从理论上还 是实验上，均进入了一个新的时代 ·D.R.Herschbach和美籍华裔科学家李远哲 建立的交叉分子束方法是分子动态学最基 本、最重要的实验研究方法，由于他们在 化学动力学方面的杰出贡献，分享了1986 年诺贝尔化学奖

• 微观反应动力学起始于二十世纪三十年代， 由Eyring，Polanyi等人开始，但真正发展 是在六十年代，近代光谱技术、分子束技 术、激光技术和大型高速电子计算机的出 现，使得微观反应动力学无论从理论上还 是实验上，均进入了一个新的时代 • D.R.Herschbach和美籍华裔科学家李远哲 建立的交叉分子束方法是分子动态学最基 本、最重要的实验研究方法，由于他们在 化学动力学方面的杰出贡献，分享了1986 年诺贝尔化学奖

分子反应动态学的研究方法 实验方法： 交叉分子束； 红外化学发光技术； 激光诱导荧光： 理论方法： 轨道计算

分子反应动态学的研究方法 实验方法： • 交叉分子束； • 红外化学发光技术； • 激光诱导荧光； 理论方法： 轨道计算

交叉分子束crossed molecular beam 交叉分子束是研究分子碰撞的理想方法。 实验方法基本原理： 使两股相互垂直的分子束相互交叉，在 交叉区间发生反应碰撞或非反应碰撞， 并通过检测器获取此过程的信息，由此 可以得到分子束反应的重要动力学参数 与信息

交叉分子束 crossed molecular beam 交叉分子束是研究分子碰撞的理想方法。 实验方法基本原理： 使两股相互垂直的分子束相互交叉，在 交叉区间发生反应碰撞或非反应碰撞， 并通过检测器获取此过程的信息，由此 可以得到分子束反应的重要动力学参数 与信息

分子束实验装置示意图 分子束源 准直孔 速度选择器 散射分子 分子束源 速度选择器 分子束交叉区 可移动检测器

准直孔 速度选择器 速度选择器 分子束交叉区 散射分子 可移动检测器 分子束源 分子束源 分子束实验装置示意图

分子束源 ·用以提供反应分子束，主要有两种结构的分 子束源： 扩散束源 喷嘴束源 整个分子束装置的压力均维持在大约0.1Pa 的低压，以使分子束有足够的自由行程，在 达到反应室之前不会发生分子间的碰撞。 装置中有两个束源，各自给出的分子束运动 方向互成直角

分子束源 • 用以提供反应分子束，主要有两种结构的分 子束源： 扩散束源 喷嘴束源 整个分子束装置的压力均维持在大约0.1Pa 的低压，以使分子束有足够的自由行程，在 达到反应室之前不会发生分子间的碰撞。 装置中有两个束源，各自给出的分子束运动 方向互成直角

喷嘴束源 。 装置内气体压力很高，突然以超声速向真空 作绝热膨胀，分子的热运动变成有序的直线 运动，分子束具有较大的平动能。 ·气体经绝热膨胀后温度比较低，分子的转动 和振动基本处于基态。 ·喷嘴源给出的分子束的速率分布较窄，通过 调节源内的压力可改变分子束的速度

• 装置内气体压力很高，突然以超声速向真空 作绝热膨胀，分子的热运动变成有序的直线 运动，分子束具有较大的平动能。 • 气体经绝热膨胀后温度比较低，分子的转动 和振动基本处于基态。 • 喷嘴源给出的分子束的速率分布较窄，通过 调节源内的压力可改变分子束的速度。 喷嘴束源

扩散束源 。 溢流源内设加热炉，反应物在炉中加热变 为蒸气，蒸气从加热炉小孔中溢出形成分 子束。 。 溢流源分子束的分子运动速度服从玻尔兹 曼分布，因而具有各种不同运动速度的分 子，为使进入反应室的分子具有很窄的速 度范围，必须经选速器选速。 。 扩散束源的优点是适用各种物质，装置结 构简单、容易控制；缺点是产生的分子束 流强度低，速度分布宽

扩散束源 • 溢流源内设加热炉，反应物在炉中加热变 为蒸气，蒸气从加热炉小孔中溢出形成分 子束。 • 溢流源分子束的分子运动速度服从玻尔兹 曼分布，因而具有各种不同运动速度的分 子，为使进入反应室的分子具有很窄的速 度范围，必须经选速器选速。 • 扩散束源的优点是适用各种物质，装置结 构简单、容易控制；缺点是产生的分子束 流强度低，速度分布宽

速度选择器 ·在分子束飞行线路上安置有速度选择器， 由一组带齿孔的选速盘组成。 ·控制选速盘的转速，使符合速度要求的分 子穿过齿孔进入散射室，不符合速度要求 的分子被圆盘挡住，达到选择分子速度的 要求

速度选择器 • 在分子束飞行线路上安置有速度选择器， 由一组带齿孔的选速盘组成。 • 控制选速盘的转速，使符合速度要求的分 子穿过齿孔进入散射室，不符合速度要求 的分子被圆盘挡住，达到选择分子速度的 要求