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氢键微观键合行为研究

作　者: 彭翠
导　师: 薛冬峰
学　校: 大连理工大学
专　业: 功能材料化学与化工
关键词: 氢键拉伸键价电负性
分类号: O641.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

氢键是无机晶体中非常重要的分子间键合作用,其在晶体工程、固体化学和固体物理中是一个非常活跃的研究领域。氢键的灵活易变性和复杂性,用传统的化学模型不能很好地解释。不同于大部分阳离子趋于占据规则配位多面体的中心,无机晶体中的氢离子通常偏离其配位多面体的中心。因此,氢键的本质成为研究和讨论的热点。本论文基于无机晶体结构数据库中X-H…Y氢键(X=N、O,Y=N、O)的结构数据,运用直观易懂的化学键方法,建立了氢键的拉伸模型,揭示了无机晶体中X-H…Y氢键的本质。在形成X-H…Y氢键时,X-H键和H…Y键由各自的初始键长被拉伸到实验键长,初始键长随X和Y的化学环境变化而改变。通过建立计算键价的新方法,用新的键价参数能更好地描述X-H键和H…Y键的键价-键长关系。通过建立新的主族元素原子电负性标度,计算H的原子电负性为1.63。H与X或Y成键时,H显示有效电负性,并非其原子电负性,反映了H与X或Y成键能力的大小。随着键长缩短,X-H键和H…Y键的共价性增大,离子性减小,即共价作用增强,静电作用减弱。原子电负性和键价是决定氢键性质最重要的因素。不论分叉氢键和未分叉氢键,X-H键和H…Y键的性质都可由相应的特征量χXχHs和χYχHs描述,例如伸缩振动频率和键能。X-H键和H…Y键上的拉力近似满足H受力平衡,由此可预测无机晶体中X-H…Y氢键的结构。接下来需要建立氢键的结构-材料的性质关系,由此可形成一条设计路线用于调节氢键的结构,进而调控无机晶体材料的性质,为晶体结构优化和设计新颖的功能材料提供理论指导。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-25
  1.1 氢键的定义和分类  10-12
    1.1.1 氢键的定义  10-11
    1.1.2 氢键的分类  11-12
  1.2 氢键的研究方法  12-14
    1.2.1 氢键的实验研究方法  12-13
    1.2.2 氢键的理论研究方法  13-14
  1.3 氢键的本质研究  14-20
    1.3.1 氢键的静电模型  14-16
    1.3.2 静电-共价氢键模型  16-20
  1.4 无机固体中的氢键  20-23
    1.4.1 氢键的结构和强度  20-21
    1.4.2 氢键的键价模型  21-22
    1.4.3 氢键的作用  22-23
  1.5 本论文的研究内容和意义  23-25
2 无机晶体中O-H…O氢键的拉伸模型  25-34
  2.1 O-H…O氢键的键价  25-27
    2.1.1 理论背景  25
    2.1.2 数据选取  25-26
    2.1.3 O-H…O氢键的键价  26-27
  2.2 氢的电负性、O-H…O氢键的离子性和共价性  27-29
    2.2.1 理论背景  27-28
    2.2.2 氢的电负性、O-H…O氢键的离子性和共价性  28-29
  2.3 O-H…O氢键的伸缩振动力常数  29-30
  2.4 O-H…O氢键的键能和拉力  30-31
    2.4.1 理论背景  30-31
    2.4.2 O-H…O氢键的键能和拉力  31
  2.5 结果分析与讨论  31-33
  2.6 本章小结  33-34
3 无机晶体中氢键的拉伸模型  34-49
  3.1 氢键的键价  34-37
    3.1.1 理论背景  34-35
    3.1.2 O-H…O氢键的键价  35-36
    3.1.3 N-H/N…H键和F-H/F…H键的键价  36-37
  3.2 氢的电负性、氢键的离子性和共价性  37-41
    3.2.1 理论背景  37-38
    3.2.2 氢的电负性  38-40
    3.2.3 氢键的离子性和共价性  40-41
  3.3 氢键的伸缩振动频率  41-42
  3.4 氢键的键能和拉力  42-43
  3.5 结果分析与讨论  43-47
  3.6 本章小结  47-49
结论  49-50
参考文献  50-56
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  56-57
致谢  57-58

氢键微观键合行为研究

内容摘要

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