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标题: 氧气分子会与水分子形成氢键吗 [打印本页]

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Author: iamthezhao 时间: 2022-6-29 16:00
标题: 氧气分子会与水分子形成氢键吗
在分析含氧气分子的溶液的氢键时需要考虑到氧气与水分子之间可能形成的氢键吗，如果O2和H2O能形成氢键，判定标准还是用常规的几何准则吗

作者
Author: sobereva 时间: 2022-6-29 20:53
要先明确你做模拟计算的时候用的方式。用量子化学计算和波函数分析能证明O2和水能形成氢键，特别是对O2用Multiwfn画个分子截面的静电势等值线图就能很直观说明。但很多力场根本就没法描述O2和H2O的氢键作用，如果用这样的力场跑MD然后分析轨迹，怎么分析都白搭

作者
Author: iamthezhao 时间: 2022-6-29 21:35
本帖最后由 iamthezhao 于 2022-6-29 21:37 编辑

sobereva 发表于 2022-6-29 20:53
要先明确你做模拟计算的时候用的方式。用量子化学计算和波函数分析能证明O2和水能形成氢键，特别是对O2用Mu ...

谢谢sob老师，我是用lammps做的MD模拟，在水里加入氧气分子研究氧气在界面上形成的气泡，用的SPC/E水模型，氧气用的LJ势描述，参数是从一篇文献里找的（1998.Molecular simulation of oxygen on supported platinum clusters）。但我不清楚这个是否有考虑过O2和H2O的氢键作用。

作者
Author: 喵星大佬 时间: 2022-6-30 00:23

iamthezhao 发表于 2022-6-29 21:35
谢谢sob老师，我是用lammps做的MD模拟，在水里加入氧气分子研究氧气在界面上形成的气泡，用的SPC/E水模型 ...

显然不能

作者
Author: sobereva 时间: 2022-6-30 00:40

iamthezhao 发表于 2022-6-29 21:35
谢谢sob老师，我是用lammps做的MD模拟，在水里加入氧气分子研究氧气在界面上形成的气泡，用的SPC/E水模型 ...

如果氧分子只用位于原子核的两个点电荷描述静电作用，显然原子电荷只能为0，根本都没法描述静电作用，更不可能描述主要本质是静电作用的（一般强度）的氢键

作者
Author: agent99 时间: 2022-6-30 01:46

iamthezhao 发表于 2022-6-29 07:35
谢谢sob老师，我是用lammps做的MD模拟，在水里加入氧气分子研究氧气在界面上形成的气泡，用的SPC/E水模型 ...

“氧气用LJ势描述”，这是说氧气和其他分子的分子间作用。你的氧气分子本身是什么模型描述的？如果是TraPPE模型的话，两个氧原子带少量负电荷，质心处有一个虚点带两倍的正电荷来中和，这样或许能描述氧气和水的氢键。

作者
Author: iamthezhao 时间: 2022-6-30 10:46

sobereva 发表于 2022-6-30 00:40
如果氧分子只用位于原子核的两个点电荷描述静电作用，显然原子电荷只能为0，根本都没法描述静电作用，更 ...

我懂了，我用的氧分子模型确实是两个质点组成的，电荷都为0，所以不需要去考虑O2与H2O的氢键。

作者
Author: iamthezhao 时间: 2022-6-30 10:49

agent99 发表于 2022-6-30 01:46
“氧气用LJ势描述”，这是说氧气和其他分子的分子间作用。你的氧气分子本身是什么模型描述的？如果是TraP ...

用的两个电荷为0的质点组成的氧分子模型，一开始确实有考虑过TraPPE，但我总觉得这种带虚拟点的模型怪怪的，就用回两点的模型

作者
Author: sobereva 时间: 2022-7-2 06:25

iamthezhao 发表于 2022-6-30 10:49
用的两个电荷为0的质点组成的氧分子模型，一开始确实有考虑过TraPPE，但我总觉得这种带虚拟点的模型怪怪 ...

这种对称的双原子分子，靠两点模型原理上就不可能描述好其特征。对N2也是同样的
虚拟点虽然违背化学直觉，但要想靠谱描述，不得不考虑

作者
Author: 牧生 时间: 2022-7-2 08:16
我觉得气体并不会和水形成氢键，比如甲烷水合物，二氧化碳水合物，取出气体分子及附近的几个水分子做个IGMH分析，只有零散的几个绿色等值面，表明只有范德华相互作用。我觉得氧气与水应该也差不多。

作者
Author: iamthezhao 时间: 2022-7-2 13:34

sobereva 发表于 2022-7-2 06:25
这种对称的双原子分子，靠两点模型原理上就不可能描述好其特征。对N2也是同样的
虚拟点虽然违背化学直觉 ...

老师，那氧气与水分子之间的氢键强度跟水与水之间的氢键强度哪个更大，大概差多少倍，如果可以忽略的话我就还是用现在模型跑。

作者
Author: wzkchem5 时间: 2022-7-2 14:57

iamthezhao 发表于 2022-7-2 06:34
老师，那氧气与水分子之间的氢键强度跟水与水之间的氢键强度哪个更大，大概差多少倍，如果可以忽略的话我 ...

肯定是后者大，原因很简单，水的氧带负电，氧气的氧总体不带电，所以前者更容易和带正电的氢相互作用。
至于差多少倍，建议自己做一个量化计算，几分钟就出来结果了

作者
Author: sobereva 时间: 2022-7-3 03:55

iamthezhao 发表于 2022-7-2 13:34
老师，那氧气与水分子之间的氢键强度跟水与水之间的氢键强度哪个更大，大概差多少倍，如果可以忽略的话我 ...

这种问题用Multiwfn做个定量分子表面分析分析（看《使用Multiwfn的定量分子表面分析功能预测反应位点、分析分子间相互作用》http://sobereva.com/159）就能清楚地讨论

B3LYP/6-31G**级别下，O2周围的范德华表面静电势极小点（蓝球）的静电势数值为-1.44 kcal/mol

(, 下载次数 Times of downloads: 21)

同级别下水是-39.1 kcal/mol

(, 下载次数 Times of downloads: 22)

明显，水作为氢键受体来形成氢键的强度远远远远强于O2。但要说O2和其它分子没静电相互作用那也是不对的，顶多是能不能忽略的问题，这要看实际要求。

同核双原子分子的静电作用对分子间相互作用的取向性还有显著的影响，参见此文的讨论：
静电效应主导了氢气、氮气二聚体的构型
http://sobereva.com/209

O2是很常见而且又重要的分子，而且普通全原子模型对它的描述的局限性不可忽视，对这类体系的基于力场的模拟，一定要用文献里经过验证的靠谱的力场，不能随随便便按照常规小分子的考虑方式自己用sobtop等工具弄个拓扑文件就去跑。像TraPPE那样质量较高的小分子力场可以优先考虑。

作者
Author: iamthezhao 时间: 2022-7-3 11:07

sobereva 发表于 2022-7-3 03:55
这种问题用Multiwfn做个定量分子表面分析分析（看《使用Multiwfn的定量分子表面分析功能预测反应位点、分 ...

好的，谢谢老师

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