应用分子动力学模拟和拉曼光谱对钙、镁、氯离子水化现象的研究

应用分子动力学方法,模拟了298 K下,密度为1.0 g/cm3的水溶液中Ca2+,Mg2+,Cl-的水化现象,得到了相应离子周围水分子的微观分布情况.发现在钙离子周围,水分子以其氧离子去靠近中心离子;而在氯离子周围,水分子则以其中的一个氢原子去靠近中心离子.通过分析三种离子的径向分布函数、配位数曲线、水化数、水化半径,发现Ca2+的水化数和水化半径均大于Mg2+,即Ca2+的水合能力比Mg2+强.与以往研究结果相比,本文计算所得的自扩散系数更接近实验所得结果.为了使模型更好的代表真实水溶液体系,本文还应用分子动力学和拉曼光谱法研究了不同浓度的CaCl2水溶液.分子动力学研究发现随着浓度的升高,CaCl2溶液中Ca2+,Cl-的配位数分别呈降低趋势.同时,随着浓度的升高,Ca2+,Cl-的自扩散系数也呈现降低的趋势.作者推断这是由于浓度的升高,加剧了离子的微观反向运动造成的.拉曼光谱法研究发现随着水溶液中CaCl2浓度的升高,溶液中的氢键网络结构受到了越来越严重的破坏,溶液中Ca2+与Cl-形成的直接接触离子对的数量开始大量增加.