Perturbation calculations on the hydrogen bond in the water dimer for different proton acceptor orientations

Using perturbation theory of intermolecular forces (including exchange effects) hydrogen-bond energies are calculated for a simple model representing the water dimer. Several orientations of the proton acceptor with respect to the O...O axis are considered and it is found that the optimum orientation depends sensitively on the oxygen lone-pair hybridization assumed. The main orientation-dependent energy term is found to be the classical electrostatic energy between the unperturbed molecules. The relation of the present results to the structures of the ices I and Ic, and to the results of recent SCF studies are discussed briefly.

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Zusammenfassung Die Energien von Wasserstoffbindungen werden für ein einfaches Modell des dimeren Wassers mit Hilfe der Störungstheorie für intermolekulare Kräfte (mit Austauscheffekten) berechnet. Verschiedene Orientierungen des Protonen-Akzeptors bezüglich der O ... O-Achse werden untersucht; man findet, daß die optimale Orientierung empfindlich von der angenommen Hybridisierung des einsamen Elektronenpaars des Sauerstoffs abhängt. Der hauptsächliche, von der Orientierung abhängige Energieterm ist die klassische elektrostatische Energie zwischen den beiden ungestörten Molekülen. Die Beziehung der vorliegenden Ergebnisse zu den Strukturen von Eis I und Ic sowie zu den Ergebnissen kürzlicher SCF-Rechnungen wird kurz diskutiert.

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For some recent CNDO/2 calculations on (H₂O)₂ which concentrate mainly on rotations of the donor see Ref. 5].