Том 33, номер 02, статья № 2

Стариков В. И. Изучение поляризуемости молекулы Н2О на основе данных по сдвигу линий молекулы давлением буферных газов. // Оптика атмосферы и океана. 2020. Т. 33. № 02. С. 88–94. DOI: 10.15372/AOO20200202.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Изучается зависимость изотропной поляризуемости a молекулы Н2О от переменной q, описывающей изгибное колебание большой амплитуды в молекуле. Функция α(θ) выбрана в виде степенного ряда. Коэффициенты ряда подбирались из условия, чтобы матричные элементы <Ψnια(θ)ιψn> в базисе ангармонических волновых функций ψn(θ) совпадали со значениями поляризуемости α(n), найденными при анализе сдвигов линий поглощения молекулы в колебательных полосах n × ν2 (n = 1–6) давлением азота, кислорода, воздуха и аргона. Для численного расчета волновых функций ψn(θ) использовалась потенциальная функция с низким барьером к линейной конфигурации молекулы. Проведен численный расчет вращательных вкладов в эффективную поляризуемость молекулы и дано сравнение полученного представления α(θ) с ab initio расчетами.

Ключевые слова:

молекула Н2О, поляризуемость, уширение и сдвиг спектральных линий

Список литературы:

1. Быков А.Д., Синица Л.Н., Стариков В.И. Экспериментальные и теоретические методы в спектроскопии водяного пара. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 376 с.
2. Стариков В.И., Тютерев Вл.Г. Внутримолекулярные взаимодействия и теоретические методы в спектроскопии нежестких молекул. Томск: Изд-во «Спектр» ИОА СО РАН, 1997. 231 с.
3. Starikov V.I. Vibration-rotation interaction potential for H2O–A system // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 155. P. 49–56.
4. Shostak S.L., Muenter J.S. The dipole moment of water. II. Analysis of the vibrational dependence of the dipole moment in terms of a dipole moment function // J. Chem. Phys. 1991. V. 94. P. 5883–5890.
5. Mengel M., Jensen P. A theoretical study of the Stark effect in triatomic molecules: Application to H2O // J. Mol. Spectrosc. 1995. V. 169. P. 73–91.
6. Luo Y., Agren H., Vahtras O., Jorgensen P., Spirko V., Hettema H. Frequency-dependent polarizabilities and first hyperpolarizabilities of H2O // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 7159–7164.
7. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Starikov V.I. Measurements and calculations of Ar-broadening and -shifting parameters of the water vapor transitions in the wide spectral region // Mol. Phys. 2017. V. 115. P. 1642–1656.
8. Starikov V.I., Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M. Study of the H2O dipole moment and polarizability vibrational dependence by the analysis of rovibrational line shifts // Spectochimica Acta. A. 2019. V. 210. P. 275–280.
9. Starikov V.I., Protasevich A.E. Effective polarizability operator for X2Y-type molecules. Application to line width and line shift calculations of H2O // J. Mol. Structure. 2003. V. 646. P. 81–88.
10. Hoy A.R., Mills I.M., Strey G. Anharmonic force constant calculations // Mol. Phys. 1972. V. 24. P. 1265–1290.
11. Murphy W.F. The ro-vibrational Raman spectrum of water vapour n2 and 2n2 // Mol. Phys. 1977. V. 33. P. 1701–1714.
12. Murphy W.F. The ro-vibrational Raman spectrum of water vapour n1 and n3 // Mol. Phys. 1978. V. 36. P. 727–732.
13. Avila G., Fernandez J.M., Mate B., Tejeda G., Montero S. Ro-vibrational Raman cross sections of water vapor in the OH stretching region // J. Mol. Spectrosc. 1999. V. 196. P. 77–92.
14. Avila G., Tejeda G., Fernandez J.M., Montero S. The Raman spectra and cross sections of the n2 band of H2O, D2O, and HDO // J. Mol. Spectrosc. 2004. V. 223. P. 166–180.
15. Avila G., Tejeda G., Fernandez J.M., Montero S. The rotational Raman spectra and cross sections of H2O, D2O, and HDO // J. Mol. Spectrosc. 2003. V. 220. P. 259–275.
16. Avila G. Ab initio dipole polarizability surfaces of water molecule: Static and dynamic at 514.5 nm // J. Chem Phys. 2005. V. 122. 144310.
17. Loboda O., Ingrosso F., Ruiz-Lopez M.F., Reis H., Millot C. Dipole and quadrupole polarizabilities of the water molecule as a function of geometry // J. Comput. Chem. 2016. V. 37. P. 2125–2132.
18. Hougen J.T., Bunker P.R., Johns J.W.G. The vibration-rotation problem in triatimic molecules for a large-amplitude bending vibration // J. Mol. Spectrosc. 1970. V. 34. P. 136–172.
19. Стариков В.И. n2 – зависимость вращательных вкладов в эффективный дипольный момент молекулы Н2О и их влияние на коэффициенты уширения и сдвиг линий давлением буферных газов // Оптика и спектроскопия. 2019. Т. 127. С. 200–206.
20. Макушкин Ю.С., Тютерев Вл.Г. Методы теории возмущений и эффективные гамильтонианы в молекулярной спектроскопии. Новосибирск: Наука, 1984. 240 с.
21. Robert D., Bonamy J. Short range force effects in semiclassical molecular line broadening calculations // J. Phys. (Paris). 1979. V. 40. P. 923–943.
22. Leavitt R.P. Pressure broadening and shifting in microwave and infrared spectra of molecules of arbitrary symmetry: An irreducible tensor approach // J. Chem. Phys. 1980. V. 73, N 11. P. 5432–5450.
23. Стариков В.И., Лаврентьева Н.Н. Столкновительное уширение спектральных линий поглощения молекул атмосферных газов. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2006. 303 с.
24. Schmucker N., Trojan Ch., Giesen T., Schielder R., Yamada K.M.T., Winnewisser G. Pressure broadening and shift of some H2O lines in the n2 band: Revisited. // J. Mol. Spectrosc. 1997. V. 184. P. 250–256.
25. Toth R.A. Measurements and analysis (using empirical functions for widths) of air- and self-broadening parameters of H2O // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2005. V 94. P. 1–50.