Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 36, номер 05, статья № 1

Быков А. Д., Воронин Б. А. Сдвиг колебательных уровней энергии молекул при изотопозамещении. Изотопический ряд и полуэмпирический подход. // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 05. С. 339–345. DOI: 10.15372/AOO20230501.
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Теория возмущений применена для вычисления колебательных уровней энергии изотопозамещенных молекул. В рамках приближения Борна–Оппенгеймера получено представление изотопических сдвигов энергетических уровней в виде рядов по степеням малых параметров – относительного изменения масс замещаемых атомов. Коэффициенты рядов являются функциями молекулярных констант только одной модификации изотопического семейства молекулы. Это позволяет, определив эти коэффициенты либо расчетом, либо на основе полуэмпирического подхода из экспериментальных данных, вычислить изотопические сдвиги для любых изотопологов, в том числе и короткоживущих. В качестве примера рассчитаны изотопические сдвиги уровней нестабильных изотопологов воды Н₂^ХО, Х = 13–15, 19–24, имеющих время полураспада более 1 мс. Полученные значения уровней сравниваются с результатами вариационных вычислений с высокоточной функцией внутримолекулярной потенциальной энергии. Отработана методика оценки уровней энергии для различных изотопологов воды с использованием изотопического ряда, которая в дальнейшем может быть использована для других молекул, особенно в тех случаях, когда отсутствуют вариационные расчеты.

Ключевые слова:

изотопический ряд, изотопологи H2O, колебательные уровни энергии

Список литературы:

1. Schwenke D.W. First principles prediction of isotopic shifts in Н₂О // J. Chem. Phys. 2003. V. 118. P. 6898. DOI: 10.1063/1.1561053.
2. Chesnokov E.N., Gorelik S.R., Gritsan N.P. Calculations of the isotopic shifts of fundamental frequencies for dihaloid silanes // Vib. Spectrosc. 2003. V. 32. P. 241–248.
3. Loëte M., Richard C., Boudon V. Isotopic relations for tetrahedral and octahedral molecules // J. Mol. Structure. 2020. V. 1206. P. 127729. DOI: 10.1016/j.molstruc.2020.127729.hal-03030693.
4. Khriachtchev L., Lundell J., Pettersson M., Tanskanen H., Rasanen M. Anomalous isotopic effect on vibrational properties of HXeOH // J. Chem. Phys. 2002. V. 116, N 12. P. 4758–4761.
5. Быков А.Д., Макушкин Ю.С., Улеников О.Н. Изотопозамещение в многоатомных молекулах. Новосибирск: Наука, 1985. 157 с.
6. Bykov A.D., Makushkin Yu.S., Ulenikov O.N. On isotope effects in polyatomic molecules: Some comments on the method // J. Mol. Spectrosc. 1981. V. 85. P. 462–479.
7. Bykov A.D., Makushkin Yu.S., Ulenikov O.N. On the displacements of the centers of vibration-rotation bands under isotope substitution in polyatomic molecules // J. Mol. Spectrosc. 1982. V. 93, N 1. P. 46–54.
8. Bykov A.D., Makushkin Yu.S., Ulenikov O.N. On the displacements of the centers of vibration-rotation lines under isotope substitution in polyatomic molecules // J. Mol. Phys. 1984. V. 51, N 4. P. 907–918.
9. Fowler P.W. Perturbation calculation of isotope shifts in molecular properties // Mol. Phys. 1983. V. 48, N 1. P. 153–160.
10. Быков А.Д., Воронин Б.А., Дударенок А.С., Половцева Е.Р. Сдвиг колебательных полос при изотопозамещении в молекулах // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 4. С. 237–244. DOI: 10.15372/AOO20210401.
11. Краснощеков С.В., Добролюбов Е.О., Чан С. Фундаментальный анализ сингулярных и резонансных явлений в колебательных полиадах молекулы дифторсилилена // Опт. и спектроскоп. 2020. Т. 128, № 12. C. 1795–1805.
12. Krasnoshchekov S.V., Isayeva E.V., Stepanov N.F. Criteria for first- and second-order vibrational resonances and correct evaluation of the Darling–Dennison resonance coefficients using the canonical Van Vleck perturbation theory // J. Chem. Phys. 2014. V. 141, N 23. DOI: 10.1063/1.4903927.
13. Krasnoshchekov S.V., Dobrolyubov E.O., Syzgantseva M.A., Palvelev R.V. Rigorous vibrational Fermi resonance criterion revealed: Two different approaches yield the same result // Mol. Phys. 2020. V. 118, N 11. P. e1743887. DOI: 10.1080/00268976.2020.1743887.
14. Krasnoshchekov S.V., Dobrolyubov E.O., Chang X. Hypoorous acid (HOF): A molecule with a rare 1–21 vibrational resonance and (8, 3, 2) polyad structure revealed by Pade-Hermite resummation of divergent Raleigh–Schrödinger perturbation theory series // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. V. 268. P. 107620-1–107620-15. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107620.
15. Бабич Л.П. Грозовые нейтроны // Успехи физ. наук. 2019. Т. 189. С. 1044–1069. DOI: 10.3367/UFNr.2018.12.038501.
16. Ortega P.G. Isotope production in thunderstorms // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2020. V. 208. P. 105349. DOI: 10.1016/j.jastp.2020.105349.
17. Nemoto K., Maksimchuk A., Banerjee S., Flippo K., Mourou G., Umstadter D., Bychenkov V.Yu. Laser-triggered ion acceleration and table top isotope production // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78, N 5. P. 595–597.
18. Žohar A., Snoj L. On the dose fields due to activated cooling water in nuclear facilities // Prog. Nucl. Energy. 2019. V. 117, N 103042. P. 1–14. DOI: 10.1016/J.PNUCENE.2019.103042.
19. Chernov V.I., Goncharova N.M., Goldberg V.E., Dudnikova E.A., Zelchan R.V., Medvedeva A.A., Sinilkin I.G., Bragina O.D., Avgustinovich A.V., Goldberg A.V., Ermolenko R.V., Popova N.O., Simolina E.I., Vysotskaya V.V. The value of PET/CT in the diagnosis, studding and monitoring of colorectal cancer // Siberian J. Oncology. 2019. V. 18, N 4. P. 67–77. DOI: 10.21294/1814-4861-2019-18-4-67-77.
20. Tennyson J., Kostin M.A., Barletta P., Harris G.J., Polyansky O.L., Ramanlal J., Zobov N.F. DVR3D: A program suite for the calculation of rotation-vibration spectra of triatomic molecules // Comput. Phys. Commun. 2004. V. 163. P. 85–116.
21. Bubukina I.I., Zobov N.F., Polyansky O.L., Shirin S.V., Yurchenko S.N. Optimized semiempirical potential energy surface for H₂¹⁶O up to 26000 cm^-¹ // Opt. Spectrosc. 2011. V. 110, N 2. P. 160–166.
22. Tennyson J., Bernath P.F., Brown L.R., Campargue A., Carleer M.R., Császár A.G., Gamache R.R., Hodges J.T., Jenouvrier A., Naumenko O.V., Polyansky O.L., Rothman L.S., Toth R.A., Vandaele A.C., Zobov N.F., Daumont L., Fazliev A.Z., Furtenbacher T., Gordon I.E., Mikhailenko S.N., Shirin S.V. IUPAC critical evaluation of the rotational-vibrational spectra of water vapor. Part I–Energy levels and transition wavenumbers for H₂¹⁷O and H₂¹⁸O // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110. P. 573–596.
23. Meng Wang, Audi G., Kondev F.G., Huang W.J., Naimi S., Xing Xu. The AME2016 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references // Chinese Phys. C. 2017. V. 41, N 3. P. 030003.