中文大學校刊 一九九九年秋‧冬

特 別 適 用 於 「 瞬 變 」 化 學 體 系 化學系李偉基教授及蘇叔平教授從事的一項研究計 劃，便採用「從頭計算」方法，探討新化學物質的結構和能 量。這種算法特別適用於「瞬變反應中間物」的化學體系。 這些物質的壽命極短，通常為10 -13 秒，因此用實驗方法去 研究它們是極之困難和昂貴的；而高層次的計算則是花費 最少而又可靠的方法。不少研究亦證明，在研究瞬變反應 中間物的過程中，實驗和計算所得的結果是相輔相成的。 研 究 實 例 李教授和蘇教授在九二年獲研究資助局撥款五十萬二 千元，與美國愛阿華州立大學和中國科技大學多位教授合 作，研究了多種新的化學體系。 他們首先研究不穩定及壽命短的新化合物，包括陽離 子GeH 7 + (含一個鍺原子和七個氫原子，電荷為+1)。研究人 員根據CH 7 + (含一個碳原子和七個氫原子，電荷為+1)和 SiH 7 + (含一個硅原子和七個氫原子，電荷為+1)的已知結 構，推算GeH 7 + 的結構。後者只是構想中存在的化合物，從 未在實驗中觀察到。由於這三種都是陽離子，帶正電荷， 且鍺(Ge)、碳(C)、硅(Si)又是同族元素，故人們視之為同 類物。其中含碳原子和硅原子的兩種經已證實其存在，故 有理由相信餘下的一種——GeH 7 + ，亦很快會被發現。 GeH 7 + 所含的八個原子，可以有不同的排列方式，而穩 定性最高的結構將是電子能量最低的一種。原因就是任何 物質最自然的原子排列或構型，必定是能量需求最少的一 種。 經計算後，研究人員推定GeH 7 + 的結構如圖一所示。這 個結構與SiH 7 + 相似，但與CH 7 + 相異。而且他們亦推斷，只 需輕微高於室溫的能量(約5千卡/摩爾)，便能把GeH 7 + 分解 為GeH 5 + 及H 2 ，説明GeH 7 + 的穩定性不高，但其存在的時間 仍足供科學家進行實驗，測定其特性；這主要是因為SiH 7 + 的離解能量約為4.6千卡/摩爾，已可透過分光儀觀察。 李教授與蘇教授接著研究有機硫一類會 引致污染的化合物。實驗顯示有機硫化合物 CH 3 SSCH 3 會分解為CH 3 及含硫碎片CH 3 S 2 。 化學家只掌握了前者的結構，CH 3 S 2 的原子 排列則有多種可能性，部分如圖二所示。本 校研究人員綜合他們的計算結果和愛阿華州 立大學的實驗數據，推斷CH 3 S 2 碎片的結構 如圖二(a)所示。此研究結果有助了解空氣 污染物CH 3 SSCH 3 的分解渠道。 33 研究消息