碱金属与稀有气体成键的理论研究

摘要

稀有气体（Rare gas，Rg）包括氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和氡（Rn），具有很高的化学惰性；在此后的很长时间里，合成稀有气体化合物的努力均告失败，因此被称为“惰性气体（Noble gas，Ng）”。直到1962年，Bartlett合成了第一个稀有气体化合物——六氟合铂酸氙，引起学术界震惊，标志稀有气体化学诞生。此后，越来越多的稀有气体化合物被科学家们合成。现阶段，金属与稀有气体元素的成键性质（如 MNgF）成为理论和实验研究重点之一，备受关注。本文理论计算研究了稀有气体碱金属氟化物——MNgF（M=Li、Na、K，Ng=Kr、Xe、Rn），得到了分子构型、红外频率、分解反应能量等热力学信息参数，分析了碱金属与稀有气体Kr、Xe和Rn之间成键性质。主要的研究内容如下：
　　利用从头算及密度泛函理论优化了LiNgF、NaNgF和KNgF分子的稳定态以及过渡态，得到其平衡结构、分离能、分解能垒等分子性质；使用自然键轨道理论（NBO）、分子中的原子（AIM）等方法解析了该类化合物MNgF中M-Ng键和Ng-F键的成键性质。
　　计算结果显示LiXeF在B3LYP、MP2、CCSD(T)水平下的两体分解能垒分别为7.5、4.8、5.2kJ/mol。LiRnF在B3LYP、MP2、CCSD(T)水平下的两体分解能垒分别为13.8、10.0、10.7kJ/mol，而NaXeF和NaRnF的稳定性相应的降低。理论研究结果表明碱金属的氙化物、氡化物是有可能被实验观测，但氪化物由于稳定性很弱，很难在实验中合成。
　　对于LiXeF、LiRnF、NaXeF和NaRnF四种分子成键性质的研究，计算结果表明：Li-Xe、Na-Xe和Na-Rn之间为带有部分静电作用的弱相互作用，Li-Rn之间为带有部分共价性质的弱相互作用。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本文的主要研究内容

第2章 计算方法与基础

2.1 量子化学

2.2 从头计算方法

2.3 密度泛函理论

2.4 分析方法

2.5 基组

2.6 软件介绍

第3章 稀有气体化合物LiNgF（Ng=Kr、Xe、Rn）

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 稀有气体化合物NaNgF（Ng=Kr、Xe、Rn）

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 稀有气体化合物KNgF（Ng=Kr、Xe、Rn）

5.1 引言

5.2 计算方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

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