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应用ABEEMσπ极化力场对Zn2水溶液配位微结构和水-物理化学学报
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)
December Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32 (12), 2921-2931 2921
[Article] doi: 10.3866/PKU.WHXB201609193
应用ABEEMσπ极化力场对Zn2+水溶液配位微结构和
水交换反应进行分子动力学模拟研究
赫兰兰 郭 宇 赵 健 姜新蕊 杨忠志* 赵东霞*
(辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029)
摘要:应用ABEEMσπ极化力场,对Zn2+水溶液体系进行分子动力学模拟,探讨Zn2+ 的配位微结构和配体水
交换反应。水分子模型采用ABEEM- 7P 精细水模型。模拟后对体系结构、电荷及动力学性质进行细致分
析。结构分析表明,平衡体系中Zn2+ 的第一层配位数为6,这与实验值是一致的。水交换反应过程中,溶剂
水由O―Zn ―O 角分线斜上(下)方进攻Zn2+ ,配位水由O―Zn ―O 角分线斜下(上)方逐渐远离。极化力场模拟
时Zn2+与交换水间的距离变化波动较大,而固定电荷力场的波动较小。模拟发现,极化力场的径向分布函数
能精细地展示第二、三层配体的配位微结构,第二配位层存在靠近Zn2+ 的亚壳层,能与第一水合层发生水交
换反应,充分体现了Zn2+ 的极化效应。本文阐明了水交换反应中,Zn2+位点电荷与交换水中氧原子孤对电子
位点电荷的规律性变化,从电荷的角度解释了水交换反应的合理性。ABEEMσπ极化力场模拟Zn2+水溶液获
得第一水合层的平均配位驻留时间为2.0 × 10-9 s,在实验值范围内,说明ABEEMσπ极化力场可以合理地模
拟Zn2+水溶液体系。
关键词:ABEEMσπ极化力场;分子动力学模拟;水交换反应;径向分布函数;电荷分析;平均配位驻留时间
中图分类号:O641
Study on Coordination Microstructure and Water Exchange Reaction of
Zn2+ Aqueous Solutions through Molecular Dynamics Simulations Using
the ABEEMσπPolarizable Force Field
HE Lan-Lan GUO Yu ZHAO Jian JIANG Xin-Rui YANG Zhong-Zhi* ZHAO Dong-Xia*
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning Province, P. R. China)
Abstract: Coordination microstructure and water exchange of Zn2+ aqueous solution were studied through
molecular dynamics simulations based on the ABEEMσπpolarizable force field with the precise ABEEM-7P
model. Structural and dynamical properties were investigated in detail. We show that the first-shell water
coordination number is six, whic
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