Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 36, номер 02, статья № 2

Родимова О. Б. Поглощение димерами воды в ИК-полосах водяного пара при различных температурах. // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 02. С. 86–92. DOI: 10.15372/AOO20230202.
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Рассмотрены вклады поглощения стабильными димерами в полосах 1600 и 8800 см^-¹ спектра водяного пара в континуальное поглощение, находимые как разность между экспериментальными данными и данными расчета по асимптотической теории крыльев линий с учетом нарушения длинноволнового приближения для центров масс молекул. Вклад стабильных димеров в поглощение сравним с вкладом, обусловленным всеми другими парными взаимодействиями, и уменьшается с ростом температуры. Оценены константы равновесия реакции образования димеров исходя из температурной зависимости классического потенциала взаимодействия молекул воды, описывающего температурное поведение второго вириального коэффициента.

Ключевые слова:

ИК-спектр водяного пара, континуальное поглощение, димеры водяного пара, длинноволновое приближение

Список литературы:

1. Пташник И.В. Димеры воды: «неизвестный» эксперимент // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 4. С. 359–362.
2. Ptashnik I.V., Shine K.P., Vigasin A.A. Water vapour self-continuum and water dimers: 1. Analysis of recent work // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 1286–1303.
3. Kjaergaard H.G., Garden A.L., Chaban G.M., Gerber R.B., Matthews D.A., Stanton J.F. Calculation of vibrational transition frequencies and intensities in water dimer: Comparison of different vibrational approaches // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. P. 4324–4335.
4. Salmi T., Hаnninen V., Garden A.L., Kjaergaard H.G., Tennyson J., Halonen L. Calculation of the O–H stretching vibrational overtone spectrum of the water dimer // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. P. 6305–6312.
5. Lokshtanov S.E., Ivanov S.V., Vigasin A.A. Statistical physics partitioning and classical trajectory analysis of the phase space in CO₂–Ar weakly interacting pairs // J. Mol. Struct. 2005. V. 742. P. 31–36.
6. Пташник И.В. Континуальное поглощение водяного пара: краткая предыстория и современное состояние проблемы // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 5. С. 443–459.
7. Simonova A.A., Ptashnik I.V. Estimation of water dimers contribution to the water vapour continuum absorption within 0.94 and 1.13 mm bands // Proc. SPIE. 2016. V. 10035. P. 100350K-1–5.
8. Serov E.A., Odintsova T.A., Tretyakov M.Yu., Semenov V.E. On the origin of the water vapor continuum absorption within rotational and fundamental vibrational bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 193. P. 1–12.
9. Odintsova T.A., Tretyakov M.Yu., Pirali O., Roy P. Water vapor continuum in the range of rotational spectrum of H₂O molecule: New experimental data and their comparative analysis // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 187. P. 116–123.
10. Simonova A.A., Ptashnik I.V., Elsey J., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M. Water vapour self-continuum in near-visible IR absorption bands: Measurements and semiempirical model of water dimer absorption // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277, N 107957. Р. 1–17.
11. Odintsova T.A., Koroleva A.O., Simonova A.A., Campargue A., Tretyakov M.Yu. The atmospheric continuum in the “terahertz gap” region (15–700 cm^-¹): Review of experiments at SOLEIL synchrotron and modeling // J. Mol. Spectrosc. 2022. V. 386. P. 111603-1–111603-10.
12. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Контур спектральной линии и межмолекулярное взаимодействие. Новосибирск: Наука, 1986. 216 с.
13. Творогов С.Д., Родимова О.Б. Столкновительный контур спектральных линий. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2013. 196 с.
14. Богданова Ю.В., Родимова О.Б. Соотношение между поглощением мономерами и димерами водяного пара в пределах вращательной полосы Н₂О // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 5. С. 341–348; Bogdanova Yu.V., Rodimova O.B. Ratio between monomer and dimer absorption in water vapor within the H₂O rotational band // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 5. P. 457–465.
15. Богданова Ю.В., Климешина Т.Е., Родимова О.Б. Димерное поглощение в ИК-полосах водяного пара // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 10. С. 801–807; Bogdanova Yu.V., Klimeshina T.E., Rodimova O.B. Dimer absorption within water vapor bands in the IR region // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 2. P. 134–140.
16. Творогов С.Д. Проблема центров масс в задаче о контуре спектральных линий. I. Существование длинных траекторий // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 5. С. 413–419; Tvorogov S.D. Problem of centers of mass within the problem of the contour of spectral lines. I. Existence of long trajectories // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 3. P. 257–263.
17. Bogdanova J.V., Rodimova O.B. Role of diffusion in the violation of the long-wave approximation in line wings // Int. J. Quant. Chem. 2012. V. 112, N 17. P. 2924–2931.
18. Богданова Ю.В., Климешина Т.Е., Родимова О.Б. Поглощение в крыльях полос водяного пара и нарушение длинноволнового приближения для центров масс молекул // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 10. С. 805–815; Bogdanova Yu.V., Klimeshina T.E., Rodimova O.B. Water vapor line wing absorption and violation of the long-wave approximation for molecular centers of mass // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 2. P. 111–122.
19. Гордов Е.П., Творогов С.Д. Метод полуклассического представления квантовой теории. Новосибирск: Наука, 1984. 167 с.
20. Творогов С.Д., Родимова О.Б. Асимптотический и квазистатический подходы в теории контура спектральной линии // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 31–45.
21. Родимова О.Б. Коэффициент поглощения и межмолекулярные колебания в системе CO–Ar // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 3. С. 164–168; Rodimova O.B. Absorption coefficient and intermolecular vibrations in the СО–Ar system // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 4. P. 288–292.
22. Burch D., Alt R. Continuum absorption by H₂O in the 700–1200 and 2400–2800 cm^-¹ windows. Report N AFGL-TR-84-0128. Hanscom AFB, MA. 1984. 31 p.
23. Lechevallier L., Vasilchenko S., Grilli R., Mondelain D., Romanini D., Campargue A. The water vapor selfcontinuum absorption in the infrared atmospheric windows: New laser measurements near 3.3 and 2.0 μm // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. P. 2159–2171.
24. Campargue A., Kassi S., Mondelain D., Vasilchenko S., Romanini D. Accurate laboratory determination of the near-infrared water vapor self-continuum: A test of the MT_CKD model // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121. P. 13180–13203.
25. Richard L., Vasilchenko S., Mondelain D., Ventrillard I., Romanini D., Campargue A. Water vapor selfcontinuum absorption measurements in the 4.0 and 2.1 μm transparency windows // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 201. P. 171–179.
26. Mondelain D., Aradj A., Kassi S., Campargue A. The water vapour self-continuum by CRDS at room temperature in the 1.6 μm transparency window // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 130. P. 381–391.
27. Salmi T., Hänninen V., Garden A.L., Kjaergaard H.G., Tennyson J., Halonen L. Calculation of the O–H stretching vibrational overtone spectrum of the water dimer // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. P. 6305–6312. DOI: 10.1021/jp800754y.
28. Ptashnik I.V., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M., Williams R.G. Water vapor self-continuum absorption in near-infrared windows derived from laboratory measurements // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. D163057.
29. Климешина Т.Е., Родимова О.Б. Расчет континуального поглощения Н₂О в ИК-диапазоне на основе измерений Берча // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 8. С. 628–632.
30. Leforestier C. Water dimer equilibrium constant calculation: A quantum formulation including metastable states // J. Chem. Phys. 2014. V. 140. P. 074106-1–8.
31. Tretyakov M.Y., Serov E.A., Odintsova T.A. Eqilibrium thermodynamic state of water vapor and the collisional interaction of molecules // Radiophys. Quant. Electron. 2012. V. 54. P. 700–716.
32. Curtiss L.A., Frurip D.J., Blander M. Studies of molecular association in H₂O and D₂O vapors by measurement of thermal conductivity // J. Chem. Phys. 1979. V. 71, N 6. P. 2703–2711.
33. Pfeilsticker K., Lotter A., Peters C., Bosch H. Atmospheric detection of water dimers via near-infrared absorption // Science. 2003. V. 300. P. 2078–2080.
34. Nicolaisen F.M. IR absorption spectrum (4200–3100 cm^-¹) of H₂O and (H₂O)₂ in CCl₄. Estimates of the equilibrium constant and evidence that the atmospheric water absorption continuum is due to the water dimer // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110. P. 2060–2076.
35. Третьяков М.Ю., Кошелев М.А., Серов Е.А., Паршин В.В., Одинцова Т.А., Бубнов Г.М. Димер воды и атмосферный континуум // Успехи физ. наук. 2014. Т. 184, № 11. С. 1999–1215.