分子吸收的能量和振动激发态的转化求助

paitel

一个分子的基态振动模式已知，假如让这个分子吸收 5 eV 的能量并完全转化到振动态，问：1.）如何获得每个振动态的激发级数？2.）如何得知分子在热平衡时的温度和每个原子的平局速度？

另外，如何用分子动力学的方法模拟这个分子把 5 eV 能量耗散掉的过程？也就是把分子的初始能量设为 5 eV，看它多长时间后变成 0 eV，并记录这个过程中每个振动态的变化。

sobereva

一般做的分子动力学都是经典或准经典分子动力学，并不明确考虑不同的振动态。在这个范畴下，5eV只不过是体现在粒子的动能上的增加而已，并且模拟过程中动能-势能之间不断转化，能考查的也就是平均动能

“每个振动态的激发级数”这个说法也很奇怪，不知道你是不是想问不同正则振动模式各自所处的振动态。

paitel

sobereva 发表于 2020-4-23 06:34
一般做的分子动力学都是经典或准经典分子动力学，并不明确考虑不同的振动态。在这个范畴下，5eV只不过是体 ...

多谢回复。我想说的就是图中的 vibrational energy levels 所对应的 n，分子在吸收能量后，每个振动模式会被激发到不同的 n。


分子动力学一般都可以设定温度，如何设定能量？一是让分子保持 5 eV 不耗散，另一种是给定初始能量 5 eV 看分子怎么耗散，如何实现这两种情况的模拟？

sobereva

paitel 发表于 2020-4-23 16:40
多谢回复。我想说的就是图中的 vibrational energy levels 所对应的 n，分子在吸收能量后，每个振动 ...

你当前的图片过于简化了，只是双原子分子，只有一个振动模式。
如果就拿这种双原子模型来说，把“5eV完全转换成振动能”这种说法是违背量子力学的，因为振动能级是非连续的，不会恰好有一个振动态的动能比基态的高5eV。而且不同振动态下势能也是不同的，所以不可能光是振动态改变了，而势能没有任何改变。

一般的分子动力学不考虑振动态。如果是纯粹的经典动力学，是根据Maxwell-Boltzmann分布来根据当前温度随机化设置初速度的。如果是准经典动力学，是根据当前所处的振动态来设定初速度和随机位移的。

paitel

sobereva 发表于 2020-4-25 03:08
你当前的图片过于简化了，只是双原子分子，只有一个振动模式。
如果就拿这种双原子模型来说，把“5eV完 ...

是的，上面那个图只是用来说明我所说的“每个振动态的激发级数”的意思，对于多原子的情况，图要复杂的多，我也画不出来。

关于振动能级是非连续的问题，你说的是对的，不一定正好等于 5eV，找一个最接近 5eV 的能态组合就可以。说到势能，分子的振动本来就是原子之间动能和势能的相互转换和组合，所以不需要单独考虑势能。

关于分子温度和能量的转换问题，你说可不可以用 E = (3N-6)kT 来转化? 其中 N 是分子中的原子数，k 是Boltzmann 常数。如果可以的话，那把能量手动转化一下，就可以带到分子动力学中模拟分子在吸收 5eV 能量后的振动过程了。不过这样不能模拟能量的耗散过程，毕竟是孤立系统，没有地方释放能量，不知道有没有什么解决办法？

sobereva

paitel 发表于 2020-4-27 19:00
是的，上面那个图只是用来说明我所说的“每个振动态的激发级数”的意思，对于多原子的情况，图要复杂的多 ...

如果你要考虑振动态，不能这么转化。建议你看看准经典动力学相关资料中关于速度初始化部分的讨论，比如Advances in Chemical Physics, Volume 105 p171
如果你单纯是想在经典动力学框架下基于特定的温度产生初速度，看分子模拟类书中的相关内容，在ORCA手册的MD部分也专门给出了初始化速度的具体公式

paitel

sobereva 发表于 2020-4-28 07:45
如果你要考虑振动态，不能这么转化。建议你看看准经典动力学相关资料中关于速度初始化部分的讨论，比如Ad ...

好的，多谢了！