氯离子水合过程中的极化与电荷转移

本文对第一水合壳层中氯离子和水分子的结构与电子性质进行了理论研究。计算基于对体相水中单个氯离子的分子动力学模拟所获得的构型系综。模拟采用可极化AMOEBA力场生成轨迹，并在更远水分子的外场作用下，通过MP2级别计算考察离子及周围水分子的电子结构性质。利用ChelpG方法探究氯离子和第一壳层水分子的有效电荷与偶极矩。进一步采用分子中的原子量子理论(QTAIM)分析阴离子向周围水分子的电荷转移。QTAIM分析表明，有0.2个基本电荷从离子转移至第一壳层水分子。与估算的量子力学值相比，默认的AMOEBA模型高估了离子的平均偶极矩大小。在MP2级别处理第一壳层水分子、更远水分子采用AMOEBA有效电荷模型时，第一壳层水分子的平均偶极矩大小为2.67 D。该值接近AMOEBA对第一壳层水分子的结果(2.72 D)，并略低于体相AMOEBA值(2.78 D)。第一溶剂化壳层中水分子的偶极矩大小主要受局部水-水相互作用以及与第二溶剂化壳层的氢键影响，而非与离子的相互作用。