冰Ih熔化温度同位素效应的量子路径积分模拟
材料科学
2011-08-19 v1 化学物理
摘要
通过统计力学路径积分形式下的自由能计算，我们研究了冰Ih熔化温度的同位素效应。同位素间的自由能差异与其动能对同位素质量的依赖关系有关。水模拟采用了q-TIP4P/F模型，这是一种包含分子柔性及水分子OH伸缩非谐性的点电荷经验势。在环境压力下，该模型报告的熔化温度（T = 251 K）在氢被氘和氚同位素取代后分别升高了6.5+-0.5 K和8.2+-0.5 K。这些温度偏移大于实验值（分别为3.8 K和4.5 K）。在经典极限下，熔化温度与氚化冰几乎相同。这种出乎意料的行为可以通过分子间相互作用与分子柔性之间的耦合来解释。这种耦合使得OH伸缩模式的动能在液相中大于固相。然而，分子内模式则表现出相反的行为，其在冰中的动能大于在液态水中的动能。
引用
@article{arxiv.1108.3718,
title = {Quantum path integral simulation of isotope effects in the melting temperature of ice Ih},
author = {R. Ramirez and C. P. Herrero},
journal= {arXiv preprint arXiv:1108.3718},
year = {2011}
}
备注
14 pages, 13 figures, 5 tables