由X射线衍射获得的液体径向分布函数

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1、第10卷第2期盐湖研究Vol.10No.22002年6月JOURNALOFSALTLAKERESEARCHJun.2002由X射线衍射获得的液体径向分布函数房春晖,房艳,杨波,雷亚川(中国科学院青海盐湖研究所,陕西西安710043)摘要:主要介绍单原子液体、同核分子液体、杂核分子液体和水溶液电子径向分布函数、原子径向分布函数和分子径向分布函数的定义,简明阐述了气体、液体和晶体,尤其是二维晶体的径向分布函数的物理意义和几何意义。关键词:径向分布函数;液体结构;水溶液中国分类号:O722文献标识码:A文章编号:1008-858X(2002)02-0061-08发展的重要方向之一。0前言液体径向

2、分布函数描述被研究液体的电子密度、原子密度或分子密度的空间校正关系。液体结构一直是理论基础研究的重要领与晶体物质相比较,液体的结构特征更难于直域。其结构的复杂性和多样性不仅包含丰富的接准确测量和表征。近年来,随着衍射实验技理论内涵,而且具有广泛的应用前景。液体及术和理论计算方法所取得的巨大进步,不仅能其相变在技术上和工业上的巨大应用潜力和液够精确有效地测量溶液中各种距离和方向上的体结构丰富新颖的物理图象,已引起人们日益原子间相互作用信息,而且能够通过建立几何[1,2]广泛的重视。例如过饱和溶液介乎于平衡模型来处理这些具有统计特征的信息,最终实溶液和水合晶体熔盐之间,过饱和度是结晶过现对溶液

3、中溶剂化离子、溶剂分隔离子对、溶剂程的推动力,母液结构是晶体生长的关键环节,共享离子对、接触离子对、以及衍射实验能够测液体的结构直接关系到目前一些前沿难题的攻量到的离子簇的原子核间距、配位数和配位几关,人们期望从分子和离子相互作用的根本上何构型作出离子、分子水平的定量描述。揭示环境科学、盐湖化学、生命和信息科学领域X射线衍射法是直接获得液体短程有序结的本质问题。例如NO2、SO2酸雨形成过程中,构信息的重要实验方法。与ND、EXAFS、小水滴的成核机理;大气圈平衡、水圈平衡、生ARPEFS、XAFS、XANES等实验方法比较,实验物圈新陈代谢平衡和矿物圈平衡中温室气体二成本低廉,一般不依赖

4、于大型同步辐射装置。氧化碳及其相关的碳酸盐与水分子的相互作与MD、MC、MM、MD+MM、abInitio等计算方法用;普遍存在于生物体中的水和电解质的作用比较,是实验事实的直接测量,而没有任何虚拟机制,如厌氯作物中硫酸盐与水的相互作用;盐性。研究液体结构,一般采用θ/θ型液体X射湖开发利用中所涉及的化学相变机制和控制规线衍射仪。然而国内外普通实验室一般配备律等。随着地球上最重要液体———水战略资源θ/2θ型衍射仪,而不配备θ/θ型衍射仪。在没问题日益严峻,液体结构研究将是新世纪化学有θ/θ型衍射仪的情况下,我们另辟溪径,打收稿日期:2002-01-25作者简介:房春晖(1957-),男,

5、研究员,主要从事溶液结构研究。62盐湖研究第10卷破旧框架,发展了液体结构X射线衍射研究的为dr的球壳内的电子数目,不包括同一原子内2数据处理方法,建立了用专门测定固体特别是电子对的贡献项。4πr[ρ(r)-ρo(r)]被称为电晶体结构的θ/2θ型衍射仪精确测定液体结构子径向分布函数(ERDF)。2∞2的新实验方法,建议了阐述液体衍射曲线和液gE=4πrρm+2r/π∫os[I(s)-Nf(s)]/(NZ)体结构函数的经验黄金规则,前文我们进行了sin(sr)ds(3)较为详尽的报道[3-11]。本文目的是由浅入深,2式中,电子径向分布函数的单位是e/nm。阐述径向分布函数及其物理意义和几

6、何意义。对单原子液体,方程(3)还可用原子中心密度函数表示为1结构函数和傅里叶变换[I(s)-Nf2(S)]/[Nf2(S)]∞πr2=∫o4[ρa(r)-ρma][sin(sr)]/(sr)dr(4)通常由实验测定的衍射强度I,既包含与ρa(r)是对在r=0时奇异点校正的距离为r液体结构有关的局域干涉部分,也包含整体无的原子中心密度。ρma为平均原子密度。sin序散射粒子散射强度累加(即原子的独立散射)(sr)/(sr)项的物理意义,是指原子核间距离为r和其它与结构无关部分(非等同粒子的贡献的平均散射振幅。由傅里叶变换,得原子径向项)。溶液局域干涉引起的短程有序部分,用分布函数ARDF。

7、i(s)函数表示,称之为结构函数。径向分布函2gA=4πrρa(r)数首先由衍射实验数据进行i(s)函数的计算;2∞2=4πrρma(r)+(2r)/π∫os[I(s)-Nf(s)]/然后对包含着大量结构相关信息,但不能直接2[Nf(s)]sin(sr)ds(5)给出结构参数的结构函数进行傅立叶变换,获原子径向分布函数gA与径向分布函数g得径向分布函数。后者能直观、准确地给出峰(r)有关位、峰形和峰宽,而且分别具有明确的