Geometrical H/D isotope effect on hydrogen bonds in charged water clusters

イオン化した水クラスターにおける水素結合のH/D同位体効果

立川 仁典*; 志賀 基之   

Tachikawa, Masanori*; Shiga, Motoyuki

水素の同位体効果は水素結合の強さを微妙に変えることがある。水クラスターの正イオンと負イオンの配置の同位体効果を第一原理経路積分分子動力学法により詳細に解析したところ、重水素置換により正イオンでは酸素間結合が縮むのに対し、負イオンでは酸素間結合が伸びることを見いだした。前者はOH結合の非調和性のためであり、後者はO-H-O結合の共鳴のためであると考えられる。

Isotope effect of hydrogen can sometimes subtlely change the strength of hydrogen bonds. From a detail analysis of positively and negatively charged water clusters by ab initio path integral molecular dynamics, we have found that oxygen-oxygen bonds shortens in positive ions while lengthens in negative ions as a result of deuterization. The former is ascribed to the anharmonicity of the OH bond, the latter is ascribed to the resonance of the O-H-O bond.