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南方科技大学公共卫生及应急管理学院2025级博士研究生招生报考通知
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coolrainbow

木虫 (著名写手)

未来国家冻凉

[交流] 量化估算物质的介电常数的方法已有15人参与

偶然看到有人问,我就把方法发过来,大家可以参考一下

介电常数是分子集体对外电场的响应性质,原则上不能用量子化学的方法算。但是对于高频的光,用量子化学的方法估算气体或液体的节点常数还是可以得到比较可靠地值的。下面以氢气为例讲一下。

具体思路:氢气的极化率--》折射率--》介电常数

1 极化率。用Gaussian算极化率是很容易的事情:

#CCSD/aug-cc-pvtz sp polar density=current

Polarizability

0 1
H
H 1 R

R 0.7433001

注意极化率必须用很高的基组才能算准。输出文件得到:
Isotropic polarizability=        5.22 Bohr**3
这里的极化率实际上是真正的极化率除以 (4*pi*epsilon00),得到的叫做“极化率体积”,看量纲就知道是体积(Bohr**3),不过大家常常把极化率体积就等同于极化率了。

把极化率换算成埃:0.773 A**3

2 折射率

根据Lorenz–Lorentz公式

期中,Vm为氢气的摩尔体积,NA是阿佛加德罗常数,alpha就是极化率体积,n为氢气的折射率,把上面高斯计算的alpha带入公式,就可以求解出折射率n

n = 1.00013   (实验值:1.0001265 )

3 介电常数

根据电动力学公式:n = sqrt(eplison),两边平方:
eplison = 1.00026   (实验值:1.000265 )

还是符合的很好  

注意:极性较大的气体和液体,固体不适用!! 此时只能借助于动力学方法

[ Last edited by coolrainbow on 2011-12-7 at 19:37 ]
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bay__gulf

金虫 (著名写手)

刘苏州


小木虫(金币+0.5):给个红包,谢谢回帖
对于极性液体, 可用Clausius—Mossotti 做近似估计
公式为
eps ~= 2*n_0 * dip^2 / 3KT
eps 为溶剂的宏观介电常数, n_0 为单位体积分子个数, dip 为分子偶极距
我统计过十几种常见溶剂的介电常数eps和偶极dip, 比重den和分子量M,
eps 同dip^2 * den / M 有较好的线性关系, 可以依次估计极性液体的介电常数
对于弱极性和非极性液体, 如氯仿, 苯等, 该公式不适用




[ Last edited by bay__gulf on 2011-12-6 at 13:00 ]

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3楼2011-12-06 12:58:52
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zhficcas

银虫 (正式写手)


小木虫(金币+0.5):给个红包,谢谢回帖
引用回帖:
1楼: Originally posted by coolrainbow at 2011-12-06 11:55:11:
偶然看到有人问,我就把方法发过来,大家可以参考一下

介电常数是分子集体对外电场的响应性质,原则上不能用量子化学的方法算。但是对于低频的光,用量子化学的方法估算气体或液体的节点常数还是可以得到比较可 ...

固体也是可以计算的,我最近刚刚看到相关的文献, 计算公式用的是Clausius-Mossotti公式,和你的公式不同,您可以看看Organic Electronics, 2009, 10,1396和2011,12,394两篇文章.
5楼2011-12-06 17:11:47
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zhongrl898

木虫 (小有名气)

顶天立地的
2楼2011-12-06 12:28:59
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agent99

禁虫 (正式写手)

物化程序猿

大赞LZ和3L!
理论与计算化学,化学物理,生物物理
4楼2011-12-06 17:05:32
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gongyiweimu

木虫 (著名写手)


小木虫(金币+0.5):给个红包,谢谢回帖
最近正想做的一件事。
远山飘渺或可登
6楼2011-12-06 22:13:56
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麦客001

金虫 (著名写手)

谢谢!了解了。
7楼2011-12-07 01:03:02
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gzgzgz

铜虫 (小有名气)


小木虫(金币+0.5):给个红包,谢谢回帖
所有以上讨论都是光学介电常数(高频极限,电子极化),对于电学介电常数(核极化)无效
8楼2011-12-07 16:29:50
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boylc789

木虫 (著名写手)

独孤


小木虫(金币+0.5):给个红包,谢谢回帖
主要是为了考察一些没有介电常数的溶解的溶剂化效应
有种相遇叫缘分;有种责任叫承诺;有份心情叫思念;有种痛苦叫煎熬;有种后悔叫错过;有种等待叫守候。
9楼2011-12-07 19:48:08
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meixinqing

金虫 (著名写手)

梅心晴|一只蘑菇


小木虫(金币+0.5):给个红包,谢谢回帖
比如水,在不同温度压力下的介电常数,除了有些经验的图可以参考,可以用计算么

还有我在优化一些结构的时候,用不同的介电常数模拟一个溶剂,得到的结构是一样的,但是能量不一样,这样的结果说得通吗?
由于诡异的原因msn偶尔上不去,由于众所周知的原因qq基本不登陆,私聊的pmgmail地址加gtalk/*emuch是个很好很和谐的论坛*/
10楼2011-12-07 20:28:07
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