水合反应动力学——电荷注入理论

本书旨在阐明水合反应 的电荷弥散注入理论和展示 最新的研究进展，系统论证 了溶质-溶质以及溶质-溶剂 间亚分子尺度界面H(H反 氢键和O：→：O超氢键的 形成机制以及O:H-O耦合氢 键的静电屏蔽极化，尤其强 调了水合反应是以键的弛豫 和电子极化为主的物理过程 。证明了离子以偏心式填隙 水的四面体空位并极化近邻 水分子形成超固态水合胞， 而质子和孤对电子分别以 H3O+和HO-形式替位水分 子形成三维（±；H3O+； HO）：4H2O：6H2O水合 胞以及反氢键和超氢键。作 为电荷载体，溶质只能极化 近邻氢键而不与溶剂分子形 成任何新的常规配位键或自 由穿行于氢键网络之中，从 而澄清了关于酸碱盐水合过 程中质子和孤对电子以及能 量输运等理论分歧。建立了 溶液表面张力、黏度、电导 率、扩散系数、能量交换以 及对相变临界温度和内部压 强等性能与注入电荷种类及 方式的关联，以及在水合过 程中氢键的刚度-丰度-序度 -寿命的转变。离子超固态 水合胞可提升盐溶液的表面 张力和黏度；酸和醛水合则 因反氢键致脆而效果相反； 双氧水和碱水合形成的O： →：O超氢键排斥导致溶剂 H-O键伸长弱化而释放能量 ，溶质H-O键则收缩强化而 吸收能量，两者竞争可改变 溶液温度。在汇总酸碱盐以 及有机分子水合对溶液的氢 键网络和性能调制的同时， 还考察了外加场、温场以及 配位环境改变对溶液的氢键 -电子-声子-物性的关联影 响。 作为拓展，本书还提出 了广普耦合氢键的概念，并 证明了氢键拉伸与超氢键排 斥协同作用不仅可稳定炸药 分子结构并通过键收缩实现 储能，还能实现爆轰过程和 能量控制。耦合氢键和低配 位及键收缩的概念也应用到 了氧吸附，并尝试拓展到低 维高温和拓扑超导物理过程 。 全书自成体系、风格独 特，贯穿原创性、深入性、 系统性和关联性于始终；强 调物理图像清晰，力求表述 简练。本书可用于物理、化 学、软物质、生物与药物、 水合动力学等相关领域的科 研和教学。

第1章 引言 1.1 水合反应的研究意义 1.2 挑战与机遇 1.3 本书内容概览 参考文献 第2章 电子声子微扰计量谱学 2.1 微扰计量谱学原理 2.2 水合反应谱学特征 2.2.1 稳态谱和动态谱 2.2.2 氢键声子特征 2.3 差分微扰声子谱方法 2.3.1 光谱检测与计量 2.3.2 声子丰度的转化 2.3.3 溶质的功能分类 2.3.4 计量谱学的优势 2.4 极化作用与表面应力 2.4.1 接触角与表面应力 2.4.2 极化诱导表面应力 2.5 小结 参考文献 第3章 电荷注入理论 3.1 溶剂偶极水分子和耦合氢键的特征 3.1.1 氧的电子轨道杂化 3.1.2 耦合氢键的必要性 3.1.3 非键与非键电子 3.1.4 耦合氢键的协同弛豫 3.2 耦合氢键的性质 3.2.1 O：→：O氢键三体作用势 3.2.2 氢键长度受激协同弛豫 3.2.3 振动声子频率协同弛豫 3.2.4 受激氢键的动态势能路径 3.2.5 分子低配位和非线性效应 3.3 水解与水合的区别 3.3.1 水解水合二部曲 3.3.2 广普氢键X 3.4 酸碱水合：2N守恒破缺 3.4.1 引入过剩质子：H→H反氢键点致脆 3.4.2 孤对电子过剩：0：→：0超氢键点压源 3.4.3 酸碱盐的水合状态 3.4.4 非键的分类和计数 3.4.5 相变潜热与能量交换 3.5 霍夫迈斯特效应：超固态水合胞 3.5.1 离子极化作用程 3.5.2 水合胞分子屏蔽 3.5.3 多元溶质分子：质子、孤对电子和偶极分子 3.6 氧化与水合的区别 3.6.1 氧化反应：客体主宰 3.6.2 水合反应：宿主主宰 3.6.3 盐溶液蒸发与凝固：咖啡环效应 3.7 小结