Методы расчета констант скоростей колебательно-вращательных переходов


Просмотр статьи
PDF, 313,7 КБ

Methods for vibrational-rotational rate constants calculation

Cross-section and rate constant calculation methods for vibrational-rotational-translational energy exchange processes are reviewed. The main attention is paid on model intermolecular potential energy surfaces construction, on effects accompanying the VRT transitions and on manifestation of those effects in energy or temperature behavior of the correspondent cross-sections or rate constants. In conclusion the method of Dubrovskii-Bogdanov T-matrix and its application for VRT cross-sections or rate constants calculation is considered in some details.

vibrational-rotational transitions, potential energy surfaces, cross-sections, rate constants


Том 3, 2005 год



В обзоре проанализированы работы, в которых развиваются методы расчета сечений и констант скоростей колебательно-вращательных переходов. Особое внимание уделяется вопросам построения моделей межмолекулярных потенциалов взаимодействия, описанию эффектов, сопровождающих VRT переходы и их проявление в поведении сечений и констант скоростей как функций энергии или температуры. В заключении более подробно описан метод Т-матрицы Дубровского-Богданова, использовавшийся для проведения расчетов сечений и констант скоростей VRT переходов.

колебательно-вращательные переходы, поверхности потенциальной энергии, сечения, константы скоростей.


Том 3, 2005 год



1. Faubel M. Vibrational and Rotational excitation in molecular collisions. Adv. At. Mol. Phys., 1983, v. 19, pp. 345-394.
2. Богданов А.В., Дубровский Г.В., Осипов А.И. Вращательное возбуждение двухатомных и полиатомных молекул при столкновениях. Хим. Физ., 1985, т. 4, N 9, стр. 1155-1173.
3. Flower D.D. Molecular collision processes in interstellar clouds. Phys. Rep., 1989, v. 174, N 1, pp. 1-66.
4. Богданов А.В., Дубровский Г.В., Осипов А.И., Стрельченя В.М. Вращательная релаксация в газах и плазме. М.: Энергоатомиздат, 1991, 216 стр.
5. Battaglia F., Gianturco F.A., Palma A. Rotational inelasticity in He-HF collisions: a computational analysis. Chem. Phys., 1984, v. 84, N 1, pp. 233-241.
6. Hutson J.M., McCourt F.R. Cross-coupling calculations of transport and relaxation cross sections for H2 in Ar. Chem. Phys., 1984, v. 80, N 3, pp. 1135-1149.
7. Clary D.C. Use of localized rotational basis functions in non-reactive scattering with application to H + HF (v = 1->0). Mol. Phys., 1984, v.51, N 6, pp. 1311-1319.
8. Takayanagi K., Wada T. Rotational energy transfer in molecular collisions. I. Resonant case. J. Phys. Soc. Jap., 1985, v. 54, N 6, pp. 2122-2131.
9. Maitland G.C., Mustafa M., Wakeham W.A. et al. An essentially exact evaluation of transport cross-sections for a model of the helium nitrogen interaction. Mol. Phys., 1987, v. 61, N 2, pp. 359-387.
10. Sun Y., Kouri D.Y. Wave packet study of gas phase atom-rigid rotor scattering. Chem. Phys., 1988, v. 80, N 5, pp. 2958-2964.
11. Beneventy L., Casaveccia P., Vecchiocattivi F. et al. The Ne-N2 potential energy surface from high-resolution total differential scattering experiments and close-coupling and infinite-order-sudden analysis. J. Chem. Phys., 1988, v. 89, N 6, pp. 3505-3518.
12. Vohralic P.F., Watts R.O., Alexander M.H. Rotational energy transfer in HF: A computational study. J. Chem. Phys., 1989, v. 91, N 12, pp. 7563-7589.
13. Клоповский К.С., Померанцев В.Н., Жук Ю.Н. Влияние вращательных переходов на коле-бательную релаксацию в системе He - H2. ЖТФ, 1987, т. 57, N 6, стр. 1077-1084.
14. Bacic Z, Schinke R., Diercksen. Vibrational relaxation of CO (n=1) in collisions with H2. I. Poten-tial energy surface and test of dynamical approximations. J. Chem. Phys., 1985, v. 82, N 1, pp. 236-244.
15. Bacic Z, Schinke R., Diercksen. Vibrational relaxation of CO (n=1) in collisions with H2. II. Influ-ence of H2 rotation. J. Chem. Phys., 1985, v. 82, N 1, pp. 245-253.
16. Maricq M.M. Quantum dynamics of quasiresonant vibration-rotation energy transfer in Li2 - Ne scattering. Phys. Rev. A., 1989, v. 39, N 7, pp. 3710-3713.
17. Jolicard G., Bonancy J. Rotational cross sections: A new semiclassical perturbed stationary states (PSS) approach. J. Chem. Phys., 1983, v. 73, N 3, pp. 1248-1251.
18. Billing G.D. Semiclassical calculation of cross sections for vibration-rotation energy transfer in HF-HF collisions. J. Chem. Phys., 1986, v. 84, N 5, pp. 2593-2603.
19. Neyland C., Billing G.D. Semiclassical coupled state sudden approximation for multipole cross sections in atom-diatom systems. Chem. Phys., 1989, v. 138, N 5, pp. 245-253.
20. Adamovich I.V., William R. Three-dimentional nonperturbative analytic model of vibrational energy transfer in atom-molecule collisions. J. Chem. Phys., 1998, v. 109, N 18, pp. 7711-7724.
21. Gianturco F.A. Collisional transfer of rotovibrational energy from quantum calculations. III. Inter-ference patterns in He-N2 encounters. Nuovo Cimento, 1984, v. 4D, N 6, pp. 529-547.
22. Thylwe K.-E., Connor J.N.L. Complex angular momentum analysis of rotationally inelastic dif-fraction scattering in sudden atom – homonuclear-molecule collisions. J. Chem. Phys., 1989, v. 91, N 3, pp. 1668-1687.
23. Gianturco F.A., Bernardi M., Venanzi M. Accuracy of the IOS approximation for highly inelastic RET collisions. Chem. Phys. Lett., 1990, v. 165, N 4, pp. 344-350.
24. Сторожев А.В., Стрекалов М.Л. Адиабатическая и энергетическая коррекция метода вне-запных возмущений для неупругих вращательных переходов. Хим. Физ., 1990, т. 9, N 7, стр. 867-876.
25. Sharma R.D., Bakshi P.M., Sindoni J.M. Impulse formalism for atom--molecule collisions: Inade-quacy of the peaking approximation. Phys. Rev. A., 1989, v. 40, N 3, pp. 1692-1695.
26. Никитин Е.Е., Уманский С.Я., Шалашилин Д.В. Колебательно-вращательный обмен энергией при столкновении молекул галогеноводородов с атомами инертных газов. Хим. Физ., 1989, т. 8, N 8, стр. 1011-1027.
27. Ovchinnikova M.Ya. Vibrational relaxation of diatomic hydrides in inert gases. Chem. Phys. Lett., 1985, v. 93, N 1, pp. 101-113.
28. Dubrovsky G.V., Bogdanov A.V. A general quasiclassical approximation for the T-operator in action-angle variables. Chem. Phys. Lett., 1979, v. 62, N 1, pp. 89-94.
29. Дубровский Г.В., Богданов А.В., Горбачев Ю.Е., Головнев И.Ф. Квазиклассическая теория столкновений в газах. Новосиб.: Наука, СО, 1989, 202 стр.
30. Bogdanov A.V., Dubrovskii G.V., Gorbachev Yu.E., Strelchenya V.M. Theory of vibrational and rotational excitation of polyatomic molecules. Phys. Rep., 1989, v. 181, N 3, pp. 121-206.
31. Wilkins R.L., Kwok M.A. Rotational energy transfer in HF. J. Chem. Phys., 1983, v. 78, N 12, pp. 7153-7158.
32. Brechignac Ph., Whitaker B.J. Energy dependence of rotationally inelastic cross sections and fitting laws. Chem. Phys., 1984, v. 88, N 2, pp. 425-436.
33. Физико-химические процессы в газовой динамике. Справочник. Ред. Черный Г.Г., Лосев С.А. Динамика физико-химических процессов в газе и плазме. Том первый. М.: МГУ, 1995, 350 стр.
34. Bunker P.R., Kofrank M., Lischka H., Karpfen A. An analytical six-dimensional potential energy surface for (HF)2 from ab initio calculations. J. Chem. Phys., 1988, v. 89, N 5, pp. 3002-3007.
35. Rensberger K.Y., Blair J.T., Weinhold F., Grim F.F. Experimental and theoretical study of the relaxation of vibrationally exited HF by NO and CO. J. Chem. Phys., 1989, v. 91, N 3, pp. 1688-1696.
36. Brobjer J.T., Murrell J.N. the intermolecular potential of HF. Mol. Phys., 1983, v. 50, N 5, pp. 885-899.
37. Douketis C., Hutson J.M., Orr B.J., Scoles G. Anisotropic intermolecular forces from Hartree-Fock plus damped dispersion (HFD) calculations. Application to Ar-HCl and Ar-HF. Mol. Phys., 1984, v. 52, N 4, pp. 763-782.
38. Redmon M.J., Binkley J.S. Global potential enrgy hypersurface for dynamical studies of energy transfer in HF-HF collisions. J. Chem. Phys., 1987, v. 87, N 2, pp. 969-982.
39. Каплан И.Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. М.: Наука, 1982, 312 стр.
40. Kunc J.A. Central force potentials for interaction of rotationally and vibrationally excited mole-cules. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 1990, v. 23, pp. 2553-2556.
41. Shin H.K. Vibrational relaxation of hydrogen chloride molecules: HCl(v) + HCl(0)  HCl(v-1) + HCl(0). Chem. Phys. Lett., 1983, v. 98, N 6, pp. 566-572.
42. Dzelzkalns L.S., Kaufman F. Vibration relaxation of highly excited diatomics. V. The V-V channel in HF(v) + HF(0) collisions. J. Chem. Phys., 1983, v. 79, N 7, pp. 3363-3366.
43. Dzelzkalns L.S., Kaufman F. Vibration relaxation of highly excited diatomics. VII. DF(v=9-12) and HF(v=5-7) + HF(v=0), DF(v=0) in all combinations. J. Chem. Phys., 1984, v. 81, N 11, pp. 4975-4978.
44. Yang Xue-Feng, Pimentel G.C. HF multiquantum V-R relaxation rates with N2 and CO. J. Chem. Phys., 1984, v. 81, N 3, pp. 1346-1351.
45. Никитин Е.Е. Элементарные процессы передачи энергии в системе трех атомов. М.: ВИНИТИ, Итоги науки и техники. Серия Радиационная химия. Фотохимия. 1985, 148 стр.
46. Никитин Е.Е., Овчинникова М.Я. Аналитическая модель колебательно-вращательной пере-дачи энергии при сильном анизотропном взаимодействии атома с двухатомной молекулой. Хим. Физ., 1986, т. 5, N 3, стр. 291-298.
47. Robinson J.M., Muyskens M.A., Rensberger K.J., CrimF.F. State-to-state vibrational energy trans-fer in DF(v=1-3). J. Chem. Phys., 1990, v. 93, N 5, pp. 3207-3214.
48. Горбачев Ю.Е., Игнатьева И.М. О механизмах колебательно-вращательного обмена энерги-ей. Хим. Физ., 1993, т. 12, N 10, стр. 1320-1329.
49. Stewart B., Magill P., Scott T., Derouard J., Pritchard D.E. Quasiresonant vibration-rotation trans-fer in atom-diatom collisions. Phys. Rev. Lett., 1988, v. 60, N 4, pp. 282-285.
50. Magill P., Stewart B., Smith N., Pritchard D.E. Dynamics of quasiresonant vibration-rotation transfer in atom-diatom scattering. Phys. Rev. Lett., 1988, v. 60, N 19, pp. 1943-1946.
51. Alexander M.H., Berning A., Degli Esposti A. et al. Theoretical studies of collision-induced energy transfer in electronically excited states. Ber. Bunsenges Phys. Chem., 1990, v. 94, N 11, pp. 1253-1262.
52. Hoving W.J., Parson R. Quasiresonant vibration-rotatin transfer in atom-diatom collisions: a clas-sical adiabatic interpretation. Chem. Phys. Lett., 1989, v. 158, N 3,4, pp. 222-228.
53. Заславский Г.М. Стохастичность динамических систем. М.: Наука, 1984, 272 стр.
54. Horn T.C.M., Kleyn A.W. Classical differential cross sections and rainbows from a system of arbitrary dimensionality. Chem. Phys., 1988, v. 127, N 1, pp. 81-95.
55. Горбачев Ю.Е. Колебательная радуга при высоких энергиях и модели потенциальных по-верхностей. Физика горения и взрыва, 1987, N 6, стр. 73-76.
56. Connor J.N.L. Catastrophes and molecular collisions. Mol. Phys., 1976, v. 31, N 1, pp. 33-55.
57. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. М.: Мир, 1984, т. 1, 350 стр., т. 2, 386 стр.
58. Горбачев Ю.Е. Колебательная радуга при молекулярных столкновениях. Хим. Физ., 1988, т. 7, N 6, стр. 723-726.
59. Лихтенберг А., Либерман М. Регулярная и стохастическая динамика. М.: Мир, 1984, 528 стр.
60. Заславский Г.М., Сагдеев Р.З. Введение в нелинейную физику. М.: Наука, 1988, 368 стр.
61. Hutchinson J.S., Sibert III E.L., Hynes J.T. Quantum dynamics of energy transfer between bonds in coupling Morse oscillator systems. J. Chem. Phys., 1984, v. 81, N 3, pp. 1314-1326.
62. Ozorio de Almeida A.M. Tunneling and the semiclassical spectrum for an isolated classical reso-nance. Chem. Phys., 1984, v.88, N 25, pp. 6139-6146.
63. Ozorio de Almeida A.M. Semiclassical matrex elements. Revista Brasileira de Fisica., 1984, v. 14, N 1, pp. 62-85.
64. Voth G.A. On the relationship of classical resonances to the quantum mechanics of coupled oscil-lator systems. J. Phys. Chem., 1986, v. 90, N 16, pp. 3624-3629.
65. Neshyba S.P., De Lean N. Classical resonances, fermi resonanses, and canonical transformations for three nonlinearly coupled oscillators. J. Chem. Phys., 1987, v. 86, N 11, pp. 6295-6308.
66. Parson R. Classical-quantum correspondence in vibrational energy relaxation of nonlinear systems. J. Chem. Phys., 1988, v. 89, N 1, pp. 262-272.
67. Engel Y.M., Levine R.D. Vibration-vibration resonance conditions in intramolecular classical dynamics of triatomic and larger molecules. Chem. Phys. Lett., 1989, v. 164, N 2,3, pp. 270-278.
68. Knight A.E.W. Rotational involvment in intremolecular vibrational redistribution. Excited states. v. 7, Rotational Eff. Behav. Excited Mol. San Diego est., 1988, pp. 1-81.
69. McClelland G.M., Nathanson G.M., Frederick J.H., Farly F.W. Intermolecular vibration-rotation energy transfer and orientational dynamics of molecules. Ibid, pp. 83-106.
70. Богданов А.В., Горбачев Ю.Е. О природе резонансов в процессе обмена колебательно-вращательно-поступательной энергиии. Письма в ЖТФ, 1984, т. 10, N 4, pp. 234-237.
71. Гардинер К.В. Стохастические методы в естественных науках. М.: Мир, 1986, 528 стр.
72. Неймарк Ю.И., Ланда П.С. Стохастические и хаотические колебания. М.:Наука, 1987, 424 стр.
73. Арнольд В.И. Математические методы классической механики. М.: Наука, 1974, 432 стр.
74. Tiyapan A., Jaffe Ch. Classical S-matrix theory for chaotic atom-diatom collisions. J. Chem. Phys., 1994, v. 101, N 12, pp. 10393-10403.
75. Marston C.C. Resonances in the chaotic regime. Interpretation in term of periodic orbits. J. Chem. Phys., 1995, v. 103, N 19, pp. 8456-8467.
76. Bogdanov A.V., Gevorkyan A.S. Three-body multichannel scattering as a model of irreversible quantum mechanics. Proceedings of the International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications, Hilton Hawaiian Village, 1997, v. 2, pp. 693-696.
77. Bacic Z., Light J.H. Theoretical methods for rovibrational states of floppy molecules. Ann. Rev. Phys. Chem., 1989, v. 40, pp. 469-498.
78. Prasmiti R., Farantos S.C., Guentes R., Borondo F., Benito R.M. A periodic orbit analysis of the vibrationally highly excited LiCN/LiNC: A comparison with quantum mechanics. J. Chem. Phys., 1996, v. 104, N 8, pp. 2921-2931.
79. Gorbachev Yu.E. On the vibrational-rotational energy exchange process during molecular colli-sions. Proc. 19th Int. Symp. on Rarefied Gas Dynamics, 25-29 July, Oxford, UK, 1994, Ed. J.Harvey, G.Lord, Oxford, NY, Tokio, 1995, pp. 462-468.
80. Богданов А.В., Горбачев Ю.Е. Обобщенная модель Ландау-Теллера для процессов колеба-тельного и вращательного обмена. Хим. физика, 1986, т. 5, N 2, стр. 184-189.
81. Горбачев Ю.Е., Игнатьева И.М. Аналитические аппроксимации сечений и констант скоро-стей RT-процессов при быстрых столкновениях. Хим. физика, 1986, т. 5, N 5, стр. 598-604.
82. Богданов А.В., Горбачев Ю.Е. О принципе детального равновесия и приближении средней энергии в квазиклассической теории колебательно-вращательного возбуждения. Хим. физика, 1988, т. 7, N 3, стр. 291-296.
83. Горбачев Ю.Е., Стрельченя В.М. Квазиклассический расчет констант скоростей VT-процессов на примере N2, CO и их изотопических модификаций. ИФЖ, 1989, т. 57, N 5, стр. 798-805.
84. Горбачев Ю.Е., Игнатьева И.М. Аналитические аппроксимации сечений вращательного обмена N2 + N2 Хим. физика, 1989, т. 8, N 2, стр. 163-165.
85. Горбачев Ю.Е., Игнатьева И.М. Исследование вращательного возбуждения в системах Ar + Li2, Ar + HCl, Ar + LiH, He + CO. ТВТ, 1989, т. 27, N 3, стр. 461-464.
86. Горбачев Ю.Е., Каганович И.Д., Стрельченя В.М. Квазиклассическое описание вращатель-ных переходов в молекулах типа асимметричного волчка. ЖЭТФ, 1989, т. 95, N 5, стр. 1571-1585.
87. Горбачев Ю.Е., Игнатьева И.М. Расчет констант скорости колебательной дезактивации с учетом резонанса классических частот. Хим. Физика, 1994, т. 13, N 1, стр. 33-36.
88. Gimelshein S.G., Ivanov M.S., Markelov G.N., Gorbachev Yu.E. Statistical simulation of nonequilibrium rarefied flows with quasiclassical VVT transition models. J. of Thermophys. and Heat Transfer, 1998, v. 12, N 4, pp. 489-495.
89. Gorbachev Yu.E., Mallinger F. Quasi-classical Model for Vibrational-Translational and Vibrational-Vibrational Rate Constants. J. Thermophys. Heat Transfer, 1999, v. 13, N 4, pp. 411-423.