Local and Normal Modes of OH Stretching Vibration in Hydrogen-Bonded Water Molecules

수소 결합한 물 분자에서 OH 신축 진동의 국소모드와 정규모드

The validity of the calculation method based on the local mode in hydrogen-bonded water molecules was investigated by comparing the frequencies of the local and normal modes of OH stretching vibration in water molecules. By calculating a monomer, dimer, and trimer of water molecules using a quantum chemical ab initio theory, we examined how the frequencies of the local and normal modes and the anharmonicity of local modes vary with molecular cluster size. It was shown that, as the number of molecules increases from monomer to trimer, the anharmonicity of OH bonds increases and the difference between local and normal mode frequencies decreases. This confirms that local-mode-based calculations that can easily handle the anharmonicity can be appropriate for the calculation of the OH stretching frequency of water molecules in the condensed phase.

물 분자내의 OH 신축진동(stretching vibration) 운동을 나타내는 정규모드(normal mode)와 국소모드(local mode) 진동수들을 비교하여 수소결합한 물 분자에 대한 국소모드에 기반한 계산의 타당성을 조사하였다. 물 분자의 단량체, 이합체, 삼량체에 대한 계산을 수행하여 분자 클러스터 크기가 커짐에 따라 국소모드 진동수, 국소모드의 비조화성, 그리고 국소모드와 정규모드 진동수들의 유사성이 어떤 경향성을 보이는지 순이론적 양자화학 계산 방법으로 연구하였다. 단량체에서 삼량체로 분자의 갯수가 증가할수록 OH 결합의 비조화성은 증가하며 국소모드와 정규모드 진동수 간의 차이는 줄어드는 것으로 나타났다. 따라서, 응축상에 존재하는 물 분자들의 OH 신축 진동수의 이론적 계산은 비조화성을 쉽게 다룰 수 있는 국소모드에 기반한 방식이 적절할 수 있음을 확인하였다.