Theoretical Study of Structure and Spectra of Cage Clusters (H2O)n, n = 7-10

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 103, Issue 25, 1999, Pages 4933-4947

  Sadlej, Joanna ^a,b   Buch, Victoria ^c   Kazimirski, J K ^d   Buck, Udo ^e  

^a UNIVERSITY OF WARSAW   (Poland)

^b NATIONAL MEDICINES INSTITUTE   (Poland)

^c HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM   (Israel)

^d INDUSTRIAL CHEMISTRY RESEARCH INSTITUTE   (Poland)

^e MAX PLANCK INSTITUTE FOR DYNAMICS AND SELF ORGANIZATION   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0001242893     PISSN: 10895639     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp990546b     Document Type: Article

References (116)

1. Pimentel, G. J. Chem Phys. 1951, 19, 446.
2. Fraser, G. T. Inter. Rev. Phys. Chem. 1991, 10, 189.
3. Scheiner, S. Ann. Rev. Phys. Chem. 1994, 45, 23.
4. Leforestier, C.; Braly, L. B.; Liu, K.; Elrod, M. J.; Saykally, R. J. J. Chem. Phys. 1997, 106, 8527.
5. Chalasinski, G.; Szczesniak, M. M; Cieplak, P.; Scheiner, S. J. Chem. Phys. 1991, 94, 2873.
6. Gonzalez, L.; Mo, O.; Yanez, M.; Elguero, J. J. Mol. Struct. (Theochem) 1996, 371, 1.
7. Knochenmuss, R.; Leutwyler, S. J. Chem. Phys. 1992, 96, 5233.
8. Xantheas, S. S.; Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1993, 99, 8774.
9. Van Duijneveldt-van de Rijdt, J. G. C. M.; van Duijneveldt, F. B. Chem. Phys. 1993, 175, 271; Chem. Phys. Lett. 1995, 237, 560.
10. Van Duijneveldt-van de Rijdt, J. G. C. M.; van Duijneveldt, F. B. Chem. Phys. 1993, 175, 271; Chem. Phys. Lett. 1995, 237, 560.
11. Wales, D. J.; Walsh, T. R. J. Chem. Phys. 1997, 106, 7193.
12. Kim. K.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1998, 109, 5886.
13. Kim, J.; Mhin, J.; Lee, S. J.; Kim, K. S. Chem. Phys. Lett. 1994, 219, 243.
14. Kim, J.; Mujumdar, D.; Lee, H. M.; Kim, K. S. J. Chem. Phys., in press.
15. Tsai, C. J.; Jordan, K. D. Chem. Phys. Lett. 1993, 213, 181.
16. Kim, K.; Jordan, K. D.; Zwier, T. S. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11568.
17. Jensen, J. O.; Krishnan, P. N.; Burke, L. A. Chem. Phys. Lett. 1995, 241, 253; 1995, 246, 13; 1996, 260, 499.
18. Jensen, J. O.; Krishnan, P. N.; Burke, L. A. Chem. Phys. Lett. 1995, 241, 253; 1995, 246, 13; 1996, 260, 499.
19. Jensen, J. O.; Krishnan, P. N.; Burke, L. A. Chem. Phys. Lett. 1995, 241, 253; 1995, 246, 13; 1996, 260, 499.
20. Xanteas, S. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7523; 1995, 102, 4505.
21. Xanteas, S. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7523; 1995, 102, 4505.
22. Fowler, J. E.; Schaefer, H. F. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 446.
23. Kahn, A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 12450.
24. Estrin, D. A.; Paglieri, L.; Corongiu, G.; Clementi, E. J. Phys. Chem. 1996, 100, 8701.
25. Kryachko, E. S. Chem. Phys. Lett. 1997, 272, 132.
26. Guiang, C. S.; Wyatt, R. E. Int. J. Quantum Chem. 1998, 68, 233.
27. Jiang, J. C.; Chang, J. C.; Wang, B. C.; Lin, S. H.; Lee, Y. T.; Chang, H. C. Chem. Phys. Lett. 1998, 289, 373.
28. Stillinger, F. H.; David, C. W. J. Chem. Phys. 1980, 73, 3384.
29. Reimers, J. R.; Watts, R. O. Chem. Phys. 1984, 85, 83.
30. Pillardy, J.; Olszewski, K. A.; Piela, L. J. Mol. Struct. (Theochem) 1992, 270, 277.
31. Farantos, S. C.; Kapetanikis, S.; Vegiri, A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 12158.
32. Wales, D. J.; Ohmine, I. J. Chem. Phys. 1993, 98, 7245; 1993, 98, 7257.
33. Wales, D. J.; Ohmine, I. J. Chem. Phys. 1993, 98, 7245; 1993, 98, 7257.
34. Sremaniak, L. S.; Perera, L.; Berkowitz, M. L. J. Chem. Phys. 1996, 105, 3715.
35. Jung, J. O.; Gerber, R. B. J Chem. Phys. 1996, 105, 10332.
36. Niesse, J. A.; Mayne, H. R. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1233.
37. Wales, D. J.; Hodges, M. P. Chem. Phys. Lett. 1998, 286, 65.
38. Kim, K. S.; Dupuis, M.; Kie, G. C.; Clementi, E. Chem. Phys. Lett. 1986, 131, 451.
39. Dykstra, C. E. J. Chem. Phys. 1989, 91, 6472. Franken, K. A.; Jalaie, M.; Dykstra, C. E. Chem. Phys. Lett. 1992, 198, 59.
40. Dykstra, C. E. J. Chem. Phys. 1989, 91, 6472. Franken, K. A.; Jalaie, M.; Dykstra, C. E. Chem. Phys. Lett. 1992, 198, 59.
41. Sabo, D.; Bacic, Z.; Bürgi, T.; Leutwyler, S. Chem. Phys. Lett. 1995, 244, 283.
42. Tsai, C. J.; Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 1991, 95, 3850.
43. Tsai, C. J.; Jordan, K. D. J. Phys. Chem. 1993, 97, 5208.
44. Lee, C.; Chen. H.; Fitzgerald, G. J. Chem. Phys. 1995, 102, 1266.
45. Olthof, E. H. T.; van der Avoird, A.; Wormer, P. E. S. J. Chem. Phys. 1996, 105, 8034. Olthof, E. H. T.; van der Avoird, A.; Wormer, P. E. S.; Liu, K.; Saykally, R. J. J. Chem. Phys. 1996, 105, 8051.
46. Olthof, E. H. T.; van der Avoird, A.; Wormer, P. E. S. J. Chem. Phys. 1996, 105, 8034. Olthof, E. H. T.; van der Avoird, A.; Wormer, P. E. S.; Liu, K.; Saykally, R. J. J. Chem. Phys. 1996, 105, 8051.
47. Gregory, J. K.; Clary, D. C. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18014.
48. Gregory, J. K.; Clary, D. C. J. Phys. Chem. 1997, 101, 6813.
49. Liu, K.; Cruzan, J. D.; Saykally, R. J. Science 1996, 271, 929 and references therein.
50. Huisken, F.; Kaloudis, M.; Kulcke, A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 17.
51. Huisken, F. In Molecular Complexes in the Earth 's, Planetary, and Cometary Atmospheres; Slanina, E., Vigasin, A. A., Eds.; World Scientific: Singapore, 1988; p 238.
52. Liu, K.; Brown, M. G.; Carter, C.; Saykally, R. J.; Gregory, J. K.; Clary, D. C. Nature 1996, 381, 501.
53. Liu, K.; Brown, M. G.; Saykally, R. J. J. Phys. Chem. 1997, 101, 8995.
54. Pribble, R. N.; Zwier, T. S. Science 1994, 265, 75.
55. Watanabe, T.; Ebata, T.; Tanabe, S.; Mikami, N. J. Chem. Phys. 1996, 105, 408.
56. Schmitt, M.; Jacoby, C.; Roth, W.; Kleinermanns, K. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 4471.
57. Gruenloh, C. J.; Carney, J. R.; Arrington, C. A.; Zwier, T. S.; Fredericks, S. Y.; Jordan, K. D. Science 1997, 276, 1678.
58. Buck, U.; Ettischer, I.; Melzer, M.; Buch, V.; Sadlej, J. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 2578.
59. Roth, W.; Schmitt, M.; Jacoby, C.; Spangenberg, D.; Janzen, C.; Kleinermanns, K. Chem. Phys. 1998, 239, 1.
60. Brudermann, J.; Melzer, M.; Buck, U.; Kazimirski, J.; Sadlej, J.; Buch, V. J. Chem. Phys., in press.
61. Rowland, B.; Kadagathur, S.; Devlin, J. P.; Buch, V.; Feldmann, T.; Wojcik, M. J. Chem. Phys. 1995, 102, 8328.
62. Kim, K. S.; Mhin, B. J.; Choi, U. S.; Lee, K. J. Chem. Phys. 1992, 97, 6649. Kim, J.; Lee, J. Y.; Lee, S.; Mhin, B. J.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1995, 102, 310.
63. Kim, K. S.; Mhin, B. J.; Choi, U. S.; Lee, K. J. Chem. Phys. 1992, 97, 6649. Kim, J.; Lee, J. Y.; Lee, S.; Mhin, B. J.; Kim, K. S. J. Chem. Phys. 1995, 102, 310.
64. Clementi, E.; Corongiu, G.; Sciortino, F. J. Mol. Struct. 1993, 296, 205.
65. Whalley, E.; Klug, D. D. J. Chem. Phys. 1986, 84, 78. Bertie, J. E.; Labbe, J.; Whalley, E. J. Chem. Phys. 1969, 50, 4501.
66. Whalley, E.; Klug, D. D. J. Chem. Phys. 1986, 84, 78. Bertie, J. E.; Labbe, J.; Whalley, E. J. Chem. Phys. 1969, 50, 4501.
67. McGraw, R.; Madden, W. G.; Bergen, M. S.; Rice, S. A.; Sceats, M. G. J. Chem. Phys. 1978, 69, 3483. Rice, S. A.; Bergen, M. S.; Belch, A. C.; Nielsen, G. J. Phys. Chem. 1983, 87, 4295.
68. McGraw, R.; Madden, W. G.; Bergen, M. S.; Rice, S. A.; Sceats, M. G. J. Chem. Phys. 1978, 69, 3483. Rice, S. A.; Bergen, M. S.; Belch, A. C.; Nielsen, G. J. Phys. Chem. 1983, 87, 4295.
69. Wojcik, M.; Buch, V.; Devlin, J. P. J. Chem. Phys. 1993, 99, 2332.
70. Hermansson, K.; Lingren, J.; Probst, M. M. Chem. Phys. Lett. 1995, 233, 371.
71. Buch, V.; Sandler, P.; Sadlej, J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8641.
72. Kuwajima, S.; Warshel, A. J. Phys. Chem. 1990, 94, 460.
73. Dunning, T. H. J. Chem, Phys. 1970, 53, 2823.
74. Pedulla, J. M.; Vila, F.; Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 1996, 105, 11091. Pedulla, J. M.; Kim, K.; Jordan, K. D. Chem. Phys. Lett. 1998, 291, 78.
75. Pedulla, J. M.; Vila, F.; Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 1996, 105, 11091. Pedulla, J. M.; Kim, K.; Jordan, K. D. Chem. Phys. Lett. 1998, 291, 78.
76. Hermansson, K.; Knuts, S.; Lingren, J. J. Chem. Phys. 1991, 95, 7486.
77. Boys, S. F.; Bernardi, F. Mol. Phys. 1970, 19, 553.
78. Turi, L.; Dannenberg, J. J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 2488. Simon, S.; Duran M.; Dannenberg, J. J. J. Chem. Phys. 1996, 105, 11024.
79. Turi, L.; Dannenberg, J. J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 2488. Simon, S.; Duran M.; Dannenberg, J. J. J. Chem. Phys. 1996, 105, 11024.
80. Cook, D. B.; Sordo, J. A.; Sordo, T. L. Int. J. Quant. Chem. 1993, 48, 375.
81. Van Lenthe, J. H.; Vos, R. J.; van Duijneveldt-van de Rijdt, J. G. C. M.; Van Duijneveldt, F. B. Chem. Phys. Lett. 1998, 143, 435.
82. Xanteas, S. S. J. Chem. Phys. 1996, 104, 8821.
83. Szalewicz, K.; Jeziorski, B. J. Chem. Phys. 1998, 109, 1198.
84. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Gill, P. M. W.; Johnson, B. G.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Keith, T.; Petersson, G. A.; Montgomery, J. A.; Raghavachari, K.; Al-Laham, M. A.; Zakrzewski, V. G.; Ortiz, J. V.; Foresman, J. B.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Peng, C. Y.; Ayala, P. Y.; Chen, W.; Wong, M. W.; Andres, J. L.; Replogle, E. S.; Gomperts, R.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Binkley, J. S.; Defrees, D. J.; Baker, J.; Stewart, J. P.; Head-Gordon, M.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 1995.
85. 2O spectrum, together with the method to derive surface spectra of ice nanocrystals, can be found in Delzeit, L.; Devlin, J. P.; Buch, V. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3726. The 90 K spectrum of the ice film in Figure 6 was also provided by Devlin, J. P.
86. Walrafen, G. J. Chem. Phys. 1967, 47, 114.
87. Stillinger, F. H. Science 1980, 209, 451.
88. Buch, V. J. Chem. Phys. 1992, 96, 3814.
89. Devlin, J. P. Int. Rev. Phys. Chem. 1990, 9, 29.
90. Liu, S.; Bacic, Z.; Moskowitz, J. W.; Schmidt, K. E. J. Chem. Phys. 1994, 101, 10181.
91. Sandler, P.; Sadlej, J.; Feldmann, T.; Buch, V. J. Chem. Phys. 1997, 107, 5022.
92. Jackson, S. M.; Whitworth, R. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 7647. Jackson, S. M.; Nield, V. M.; Whitworth, R. W.; Oguro, M.; Wilson, C. C. J. Phys. Chem. 1997, 101, 6142. The proton-ordering transition is catalyzed by KOH doping of ice.
93. Jackson, S. M.; Whitworth, R. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 7647. Jackson, S. M.; Nield, V. M.; Whitworth, R. W.; Oguro, M.; Wilson, C. C. J. Phys. Chem. 1997, 101, 6142. The proton-ordering transition is catalyzed by KOH doping of ice.
94. Wilson, E. B.; Decius, J. C; Cross, P. C. Molecular Vibrations; Dover: New York, 1980.
95. Camy-Peyret, C.; Flaud, J. M. In Molecular Spectroscopy: Modern Research; (Nahari Rao, K., Ed.; Academic: London, 1985.
96. Ikawa, I.; Maeda, S. Spectrochim. Acta A, 1968, 24, 655.
97. Buch, V.; Devlin, J. P. J. Chem. Phys. 1999, 110, 3437.
98. Sage, M. Chem. Phys. 1978, 35, 375.
99. Scheid, F. Numerical Analysis; McGraw-Hill: New York, 1988.
100. Reimers, J. R.; Watts, R. O. Mol. Phys. 1984, 52, 357 and references therein.
101. OH/2.
102. Buch, V. J. Chem. Phys. 1992, 97, 726.
103. Anderson, J. B. J. Chem. Phys. 1975, 63, 1499; 1976, 65, 4121.
104. Anderson, J. B. J. Chem. Phys. 1975, 63, 1499; 1976, 65, 4121.
105. Hernandez, J.; Uras, N.; Devlin, J. P. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4525.
106. The minimum dimer energy calculated with EMP(fl) is -5.54 kcal/ mol, and with EMP(r), -5.476 kcal/mol. On the basis of analysis of ab initio results, Mas, E. M.; Szalewicz, K., J. Chem. Phys. 1996, 104, 7606, suggested a dimer well depth of 5.1-0.1 kcal/mol.
107. Gregory, J. K.; Clary, D. C.; Liu, K.; Brown, M. G.; Saykally, R. J. Science 1997, 275, 814.
108. Hobbs, P. V. Ice Physics; Clarendon: Oxford, 1974.
109. bfl isomers are nearly equal; however, the cluster dipoles at the minima differ substantially (2.65 and 3.05 Debye for trans and cis, in EMP(r)).
110. nxt was found to perform a similar motion as in the nonamers; however, here the second minimum is higher in energy by 0.4 kcal/mol, and the probability to visit that minimum by a replica in a DMC simulation is only about 20%.
111. Tsai, C. J.; Jordan, K. D. J. Chem. Phys. 1993, 99, 6957.
112. McDonald, S.; Ojamäe, L.; Singer, S. J. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 2824.
113. Buck, U.; Meyer, H. J. Chem. Phys. 1986, 84, 4854.
114. Buck, U. J. Phys. Chem. 1994, 98, 5190.
115. Brudermann, J.; Buch, V.; Buck, U.; Gerber, R. B.; Krohne, R.; Lohbrandt, P. In Structure and Dynamics of Clusters; Kondow, T., Kaya, K., Terasaki, A., Eds.; Universal Academic: Tokio, 1996; p 45.
116. Buck, U. Adv. At. Mol. Opt. Phys. 1995, 35, 121.