莫尔斯势
对于双原子分子间势能的简易解析模型
以物理学家Philip M. Morse的名字命名的Morse势是一种对于双原子分子势能的简易解析模型。 一方面,对Morse势求解Schrödinger方程具有解析解,方便分析问题;另一方面,由于它隐含地包括了键断裂这种现象,对于分子振动的微细结构的具有良好的近似。Morse势包含有谐振子模型所缺乏的特性,那就是非成键态。相对量子谐振子模型,Morse势更加真实,因为它能够描述非谐效应,倍频,以及组合频率。倍频发生在n +/- 2或更大的跃迁的时候,而组合频率则来源于添加或除去两个或更多个模型。
模型介绍
一方面,对Morse势求解Schroedinger方程具有解析解,方便分析问题;另一方面,由于它隐含地包括了键断裂这种现象,对于分子振动的微细结构的具有良好的近似。Morse势包含有谐振子模型所缺乏的特性,那就是非成键态。相对量子谐振子模型,Morse势更加真实,因为它能够描述非谐效应,倍频,以及组合频率。倍频发生在n +/- 2或更大的跃迁的时候,而组合频率则来源于添加或除去两个或更多个模型。
Morse势具有如下的形式: 这里, 是核间距(两原子间距离,或键长); 是平衡键长(dV(r)/dre :r= re= 0); 是Morse势的阱深(势能零点可任意选取,在此将解离极限设为势能零点,即,两核间距趋于无穷远时令体系势能为零, ); 则控制了势阱的“宽度”, 越小,势阱越宽。阱深 减去零点能就得到了解离能,在此 为零,解离能为 。 对Morse势在 附近做Taylor展开,
其中,二阶项中的 为平衡位置处的力常数。由此式可推导 , 和 具有如下关系:
振动能(Vibrational Energy)
E (n)= (n+1/2)hν0 - (n+1/2) *(hν0 ) /4De. E (n+1) - E (n)= hν0 - (n+1)* (hν0 ) /2De. 对于量子谐振子,相邻能级间距是常数,即hν0。而对于Morse势,相邻能级间距则随着n的增加而减小,这更符合自然情况。当E (n+1) - E (n)为0或者负值的时候,就无法得到合适的n值。在这个极限之下,Morse势是对于振动微细结构的一个良好近似。
量子化
量子谐振子情况类似,Morse势的本征能级和本征态可以通过使用算符方法得到。其中的一种方法涉及到对哈密顿的一般因式分解,其中所采用的一种特殊的参数化导致了Morse势的振荡函数。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 17:24
目录
概述
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