Квантово-химические расчеты в HyperChem на примере трихлоруксусной кислоты - файл n1.rtf

Квантово-химические расчеты в HyperChem на примере трихлоруксусной кислоты
скачать (1903.3 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.rtf1904kb.06.11.2012 22:19скачать

n1.rtf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ, МОЛОДЁЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Химический факультет

Кафедра физической химии
Индивидуальная работа

По квантовой механике и квантовой химии

«Трихлоруксусная кислота»
Автор

Проверил:
Донецк 2011

Оглавление


Вступление 3

5. Энергия диссоциации химической связи 26

6. Энергия ионизации химических частичек 30

Вывод 34


Вступление


В решении множества современных проблем экспериментальной химии важную роль играет квантовая химия. Современные компьютерные технологии неэмпирической и полуэмпирической квантовой химии позволяют предсказать геометрическое строение, энергетику и другие не менее важные характеристики молекул. Информационное содержание квантово-химических расчётов выше, чем информативность эксперимента. Ведь они позволяют одновременно рассчитать геометрию молекул, дипольные моменты, энтальпии, потенциалы ионизации, распределение зарядов, порядки связей, спиновые плотности. Причём эти данные можно получить и для несуществующих в действительности молекул. Можно прогнозировать некоторые характеристики для гипотетических молекул, не прибегая к эксперименту.

В этой работе мы рассмотрим методику работы в программном пакете HyperChem8.0. Также проведём квантово-химический расчёт, изучим электронно-возбуждённое состояние, электронное строение химических соединений, распределение электронных плотностей, посчитаем энергии диссоциации и ионизации трихлоруксусной кислоты.

Квантово-химический расчет структуры химических соединений

Цель: ознакомиться с методикой проведения квантово-химического расчета химических частиц в синглетном основном состоянии, возбужденном состоянии, триплетному состоянии. Рассмотреть структуру блока результатов квантово-химического расчета Energies and gradient, Singlet state calculation.

Теория:

Расчет молекулярных объектов с помощью пакета программ HyperChem8.0 может быть осуществлен следующими полуэмпирическими методами квантово-химических расчетов (Semi-empirical method):

Extended Huckel (расширенный метод Хюккеля, PMX) предназначен для расчета молекулярных орбиталей, не позволяет оптимизировать геометрию и проводить молекулярно-динамические расчеты. В этом методе используется приближение не взаимодействующих электронов и не используется приближение самосогласованного поля (SCF).

CNDO (Complete Neglect of Differential Overlap, полное пренебрежение дифференциальным перекрыванием) метод является самым простым методом SCF. Он используется для расчетов характеристик электронной структуры молекулярных систем с открытой и закрытой электронными оболочками в основном электронном состоянии, полной энергии и равновесной молекулярной геометрии.

INDO (Intermediate Neglect of Differential Overlap, частичное пренебрежение дифференциальным перекрыванием) метод улучшает CNDO за счет учета отталкивания электронов на одном атомном центре. Позволяет проводить расчет основного электронного состояния систем с открытыми и закрытыми электронными оболочками, оптимизации геометрии и полной энергии. Это SCF метод.

MINDO/3 (Modified INDO, version 3, улучшенный метод INDO, версия 3) метод является дальнейшим развитием и расширением метода INDO. Для межатомных взаимодействий в нем используются эмпирические параметры вместо соответствующих вычислений. Этот метод позволяет получать корректные результаты для больших органических молекул при расчетах основного состояния систем с открытой и закрытой электронными оболочками, оптимизации геометрии и полной энергии. Это метод самосогласованного поля.

MNDO метод (Modified Neglect of Diatomic Overlap) является дальнейшим развитием метода MINDO/3, в котором исправлен ряд ошибок последнего. Позволяет проводить качественные расчеты электронной и стереохимической структур органических молекул, которые содержат атомы 1-ой и 2-ой главных подгрупп (но не атомов переходных элементов). Этот метод позволяет получать корректные результаты для больших органических молекул при расчетах электронных характеристик системы и энтальпий образования. Это метод самосогласованного поля.

Метод MNDO/d (Modified Neglect of Diatomic Overlap) с учетом d-орбиталей. Это SCF метод для полуэмпирических квантово-механических расчетов, расширенный метод MNDO. Для атомов без d-орбиталей эквивалентен методу MNDO.

AM1 метод является улучшением метода MNDO. Один из наиболее точных методов. Используется для органических молекул, которые содержат элементы главных подгрупп 1-ой и 2-ой групп периодической системы. Этот метод позволяет получать более качественные результаты, по сравнению с методом MNDO, для молекул, которые содержат как азот, так и кислород. Рассчитывает электронную структуру, оптимизирует геометрию, рассчитывает полную энергию и теплоты образования. Это метод самосогласованного поля.

RM1 метод в меньшей мере как AM1 метод переоценивает энергию водородной связи типа –X–HY–.

PM3 метод является версией AM1 метода и отличается от AM1 только величинами параметров. Параметры для PM3 метода были получены сравнением большого числа и вида экспериментов с результатами расчетов. Как правило, не валентные взаимодействия в PM3 методе менее отталкивающие, чем в AM1. Метод PM3 сначала предназначался для расчета

органических молекул, но потом он был также параметризирован и для ряда других групп элементов, в частности – и для переходных металлов. Это метод самосогласованного поля.

ZINDO/1 метод является вариантом метода INDO. Он адаптирован для проведения расчетов молекул, которые включают атомы переходных элементов. Эквивалентен последней версии метода INDO/1, который отличается от оригинала использованием постоянных орбитальных экспонент. ZINDO/1 позволяет рассчитывать энергетику и геометрию молекул, которые содержат переходные металлы.

ZINDO/S метод является версией метода INDO. Он параметризирован для отражения УФ и видимых оптических переходов при расчетах конфигурационного взаимодействия (CI) с однократным возбуждением. Полезен для прогнозирования УФ и видимых спектров, но не пригоден для оптимизации геометрии или молекулярной динамики.

Электронная структура молекулы рассчитывалась по методу AM1. Работа выполнена в приближении ограниченного метода Хартри - Фока, для оптимизации молекулярной геометрии использовался алгоритм Флетчера-Ривеса, равновесное состояние молекулярных объектов рассчитался с предельным значением нормы градиента 0.01.

В файле с расширением log хранятся: блок информации с условиями расчета ) , характеристики электронного состояния объекта, Информация процесса самосогласования волновых функций (МО), блок молекулярных орбиталей, блок молекулярной энергетики, точечная группа симметрии, блок энергий молекулярных орбиталей и их симметрии, блок электронной заселенности атомных орбиталей, заряды и декартовы координаты атомов объекта, градиенты полной И энергии по декартовых координатах атомов, блок дипольного момента.

Параметры молекулярной геометрии – набор параметров, достаточных для создания структурной молекулярной модели – длины валентных связей (N-1), валентные (N-2) и торсионные углы (N-3). Всего параметров молекулярной геометрии (если частица состоит из N атомов) - 3N-6.

Молекулярная орбиталь (МО) - многоцентровая, одноэлектронная волновая функция, которая описывает состояние электрона в поле многих ядер и электронов молекулярной системы.

Длина связи – расстояние в равновесном состоянии между положениями ядер атомов, которые образовали данную связь.

Стандартная энтальпия образования молекулярных систем – термодинамическая характеристика, которая является тепловым эффектом реакции образования данного соединения из простых веществ. В случае органических соединений её удобно рассчитывать через теплоты сгорания.

Торсионный угол – стереохимический элемент молекулярной структуры, двугранный угол между плоскостями, образованными атомами фрагмента.

Молекула в основном электронном состоянии, возбужденном синглетном и триплетному состояниях имеет заряд 0; суммарный спин в основном электронном и возбужденном синглетном состояниях равен 0, в триплетному состоянии равна 1, катион-радикал и анион-радикал имеют спин анион и катион имеют нулевой спин; мультиплетность для основного электронного, возбужденного синглетного состояний, аниона И катиона М = 0*1/2+ 1 = 1, мультиплетность для триплетного состояния М = 2*1 + 1 = 3, мультиплетность для катион-радикал а и анион-радикал а М = 2*1/2+ 1 =2.

Выполнение работы

  1. Построили ЗD-модель R-X (трихлоруксусной кислоты). Молекулярную геометрию объекта сохранила в файле с расширением zmt.

  2. Рассчитали электронно-орбитальные характеристики объекта. Результаты занесла в таблицу 1.

Таблица 1. Электронно-орбитальные характеристики объектов

Параметры

Объекты


R1-R2

R1-R2

R1-R2

[R1-R2]+

[R1-R2]-

Электронный состояние

S0

S1

T1

S0

S0

Заряд

0

0

0

+1

-1

Суммарний спин

0

0

1

1/2

Ѕ

Спиновая мультиплетність

1

1

3

2

2

Количество е

42

42

42

41

43

Количество МО

29

29

29

29

29

Количество заполненных е МО

21

22

22

22

22

Количество вакантных МО

8

7

7

7

7



  1. Провели квантово-химический расчет R1-R2 в основном электронном состоянии (S0) с оптимизацией молекулярной геометрии.

  2. Провели квантово-химический расчет:

R1-R2 в синглетном возбужденном электронном виде (S1);

R1-R2 в триплетному электронном виде (Т1);

катион - радикала в основном электронном состоянии (S0);

анион - радикала в основном электронном состоянии (S0).

  1. Определила величины основных параметров молекулярной геометрии и результаты занесли в таблицу 2

Таблица 2. Величины параметров молекулярной геометрии

Параметры

Объекты


R1-R2

R1-R2

R1-R2

[R1-R2]+

[R1-R2]-

Электронный состояние

S0

S1

T1

S0

S0

rA-B(r1-7),Е

1,76369

1,66073

1,65409

1,64760

1,66824

<АВС,° ( <7-1-2)

107,422

89,66

87,54

86,637

85,87

<АВСD,°( <7-1-2-4)

120,887

118,218

116,708

116,004

-115,73



  1. Занесли в таблицу 3 энергетические характеристики всех объектов.

Таблица 3. Энергетические характеристики объектов

Объекты

Состояние

ккал/моль

Еповн

Еатом

ЕА

Еел

ЕZZ

fH0

R1-R2

S0

-46867.08

-603.06

-46164.01

-139355.47

2488.38

-103.09

R1-R2

S1

-46790.45

-626.43

-46164.01

-118614.80

71824.35

-102.32

R1-R2

Т1

-46790.45

-626.43

-46164.01

-118163.07

71372.61

-102.32

[R1-R2]+

S0

-46617.91

-653.90

-46164.01

-136079.31

79461.39

46.06

[R1-R2]-

S0

-46903.71

-639.69

-46164.01

-137366.43

70462.71

-139.72

Вывод: Электронное состояние химической частицы влияет на параметры молекулярной геометрии, а именно:

Самым энергетически выгодным является основное состояние. Образование катиона энергетически не выгодно. Для образования такого иона молекуле необходимо придать значительную энергию активации. Это видно из значений энтальпий.

Расстояния между атомами изменяются незначительно, а вот на расположение атомов в пространстве имеет большое влияние. Это видно из значений углов. Равновесным является основное состояние, а вот характеристики остальных состояний незначительно отличаются.

Электронно-возбужденное состояние химических частиц

Цель: рассчитать энергии электронного перехода химической частицы в возбужден электронный состояние.

Выполнение работы

Рассчитаем энергию дезактивации трихлоруксусной кислоты путем внутренней конверсии

S0 S1

∆E = ES1 - ES0 = -46790.45- (-46867.08) = 76,63

Рассчитаем энергию интеркомбинантной конверсии для трихлоруксусной кислоты.

S1 Т1

∆E = EТ1 - ES1 = -46790.45- (-46617.91) = 57,64

Рассчитаем энергию дезактивации трихлоруксусной кислоты путем внутренней конверсии.

T1 S0

∆E = ES0 – EТ1= -46867.08- (-46790.45) = 66,54

Рассчитаем длину волны флуоресцентного излучения в процессе дезактивации трихлоруксусной кислоты

S0 S1

Рассчитаем длину волны фосфоресцентного излучения в процессе дезактивации трихлоруксусной кислоты

T1 S0

Вывод:

Рассчитали энергию перехода молекулы трихлоруксусной кислоты с состояния S1 в состояние S0, с состояния S1 в состояние Т1, с состояния Т1 в состояние S0. Наиболее энергетически выгодным оказался переход частички T1?S0 (выделилось более всего энергии), наименее энергетически выгодным оказался переход S1? S0 (энергия поглотилась). Также рассчитала длины волн флуоресцентного и фосфоресцентного излучения в процессе дезактивации трихлоруксусной кислоты для переходов S1?S0 и T1?S0 (119.61 нм и 105.18 нм соответственно).

Электронное строение химических соединений

Цель: усвоить методику проведения квантово-химического расчета химических частичек в синглетном основном состоянии, возбужденном состоянии, триплетном состоянии. Рассмотреть структуру блока результатов квантово-химического расчета Net charges and coordinates.

Теория

Электрический заряд на атоме – разность между зарядом ядра в валентном приближении и электрической плотностью на данном атоме.

qА = ZA-QA

Выполнение работы

  1. Провели квантово-химический расчет R1-R2 в основном электронном состоянии (S0) и в синглетном возбужденном электронном состоянии (S1), в триплетном электронном состоянии (T1) с оптимизацией молекулярной геометрии



  1. Построим молекулярные диаграммы для:







  1. Результаты работы занесла в Таблицу 1

Таблица 1. Полная энергия молекулярных систем и ее компоненты

Молекулярный объект

Состояние

Энергия, ккал/моль

Еповн

ЕX

EY

R1-R2

S0

-46867.08

-139355.47

72488.38

R1-R2

S1

-46790.45

-118614.80

71824.35

R1-R2

T1

-46790.45

-118163.07

71372.61

ЕX - кинетическая энергия электронов, потенциальная энергия взаимодействия электронов с ядрами атомов и потенциальная энергия взаимодействия электронов (электронная энергия);

ЕY - энергия взаимодействия атомных остовов.

Вывод: состояние частицы влияет как на заряды, так и на энергетические характеристики.

  1. Распределение электронной плотности в химических частичках

Цель: рассмотреть структуру блока квантово-химических расчетов Eigenvalues and Eigenvectors, Atomic orbital electron populations, определить предельные MO для химической частички, рассчитать электронную заселенность AO, электронную плотность на атоме, электрический заряд на атоме химической частички.

Теория

Атомная орбиталь (АО) - одноцентровая, одноэлектронная волновая функция, которая описывает состояние электрона в эффективном поле ядра и других электронов атома. АО является функцией расстояния от ядра и направления в пространстве описывается четырьмя квантовыми числами.

Высшая занятая молекулярная орбиталь - молекулярная орбиталь, имеющая высочайшую энергию из всех занятых электронами орбиталей

Низшая вакантная молекулярная орбиталь - вакантная молекулярная орбиталь, имеющая наиболее низкую энергию из всех незаселенных электронами молекулярных орбиталей.

Граничные молекулярные орбитали - Высшая занятая молекулярная орбиталь (НЗМО) и Низшая вакантная молекулярная орбиталь (НВМО).

Молекулярная орбиталь (МО) - многоцентровая, одноэлектронная волновая функция, которая описывает состояние электрона в поле многих ядер и электронов молекулярной системы.

Потенциал ионизации - энергия, необходимая для отрыва электрона от частицы и для перенесения его на бесконечно большое расстояние.

Сродство к электрону – энергия, которая выделяется при присоединении электрона к частице.

Электронная плотность – количество электронов в единице объёма.

Электронная заселённость – расчетное число электронов на определенной атомной орбиталей, которая центрирована на атоме А:

Дипольный момент – произведение абсолютного значения заряда одного полюса диполя на радиус вектор между полюсами.

Вариационные коэффициенты – константы, которые показывают вклад каждого электрона в волновую функцию.

Выполнение работы

1. Провели квантово-химический расчет:

2. Определили предельные и приграничные МО для молекулы трихлоруксусной кислоты. Указала их порядковые номера и энергию. Результаты занесла в таблицу 1.

Таблица 1. Характеристики предельных и приграничних молекулярных орбиталей

Параметры

Значение

Энергия НЗМО, еВ

-11.92699

Энергия НВМО, еВ

0.82248

Энергия ПЗМО, еВ

-12.36230

Энергия ПВМО, еВ

0.46136

4. В таблицу 2 выписали энергии МО и коэффициенты при АО для одного из

атомов химического соединения R1—R2 ( для атома O).

Таблица 2. Энергии МО и коэффициенты при АО химического соединения R1—R2

Номер МО

1

2

3

4

5

6

7

8

Энергия МО, еВ

-41.51537

-38.99350

-38.06004

-38.01903

-37.31013

-30.57482

-23.44902

-19.95341

O

S

0.53176

-0.20665

-0.06563

0.06025

-0.06008

0.00000

0.06476

0.04316

PX

0.01303

-0.00911

-0.02207

0.03844

0.04316

-0.00000

0.08463

0.00832

PY

-0.00887

0.04316

-0.20665

0.07544

-0.08505

-0.00000

-0.10595

0.08023

PZ

-0.00000

-0.00000

-0.00000

0.00000

-0.00000

-0.24101

-0.00000

0.00000

Номер МО

9

10

11

12

13

14

15

16

Энергия МО, еВ

-18.89217

-18.47939

-17.20063

-16.15538

-15.60560

-13.35347

-13.31216

-13.18775

O

S

-0.05403

-0.00773

-0.00000

-0.20665

-0.00000

-0.00150

0.00021

-0.00023

PX

-0.02421

-0.07440

-0.00000

0.00740

-0.00000

0.12351

-0.23486

-0.27166

PY

0.19518

-0.01873

0.00000

0.14166

-0.00000

0.10859

-0.19771

-0.22707

PZ

-0.00000

-0.00000

0.04054

-0.00000

0.08317

0.00000

-0.00000

-0.00000

Номер МО

17

18

19

20

21

22

23

24

Энергия МО, еВ

-12.95295

-12.48934

-12.43240

-12.36230

-11.92699

0.82248

0.46136

0.04316

O

S

0.00582

-0.00000

0.00000

-0.00000

0.00000

0.00000

0.00229

0.00000

PX

0.50095

-0.00001

0.00000

-0.20665

0.00000

0.00000

0.07319

0.00000

PY

0.04316

-0.00000

0.00000

-0.00000

0.00000

0.00000

0.05382

-0.00000

PZ

0.00000

0.00790

0.00313

-0.20665

0.04316

0.00016

0.00000

-0.51705

3. Рассчитала в валентном приближении электронные заселенности атомных орбиталей на одному з атомов химической частички R1—R2 (на атоме O) для состояния S0







В блоке "ATOMIC ORBITAL ELECTRON POPULATIONS" определила электронные заселенности AO атома кислорода соединения R1-R2 и их величины занесла в таблицу 3.

Таблица 3. Величины электронной заселенности атомных орбиталей атома O и электронная плотность на этом же атоме

Объекты

Состояние

Электронная заселенность АО

QA

S

PX

PY

PZ




R1-R2

S0




6.361

6.361

6.361

6.361

R1-R2

S1

1.8619

6.105

6.105

6.105

6.105

R1-R2

T1

1.8623

6.104

6.104

6.104

6.104

[R1-R2]+

S0

1.8547

6.331

6.331

6.331

6.331

[R1-R2]-

S0

1.9602

6.590

6.590

6.590

6.590

4. Рассчитаем в валентном приближении электронную плотность (QA) на атоме O трихлоруксусной кислоты.

5. Определим в валентном приближении заряд ядерно-электронного остова гетероатома (4 атом O).

ZA=+8-2 = +6

6. Рассчитаем в валентном приближении заряд (qА) на атоме O трихлоруксусной кислоты.

qА = ZA-QA

qА = +6-3.165=2.8355

qА =+6-6.213=-0.2128

qА =+6-6.215=-0.2146

qА =+6-2.801=3.1987

qА =+6-3.146=2.85368

Значение электронной плотности на атоме O трихлоруксусной кислоты взяли из таблицы 2.

7. Результаты расчетов занесла в таблицу 4.

Таблица 4. Электронная плотность, заряд атомного остова и заряд атома

Объекты

Состояние

QA

ZA

qA

R1-R2

S0

6.361

6

-0.361

R1-R2

S1

6.105

6

-0.105

R1-R2

T1

6.104

6

-0.104

[R1-R2]+

S0

6.331

6

-0.331

[R1-R2]-

S0

6.590

6

-0.590

Вывод: рассмотрела структуру блока квантово-химических расчетов Eigenvalues and Eigenvectors, Atomic orbital electron populations; определила предельные MO для молекулы трихлоруксусной кислоты рассчитала электронную заселенность AO (результаты расчета сошлись с результатами, полученными в блоке Atomic orbital electron populations), электронную плотность на атоме (увеличивается от основное электронного состояния S0 к состоянию S1, (триплетное состояние имеет почти такую же самую элекронную плотность, которая и возбужден синглетный), потом от состояния Т1 к катиона-радикала уменьшается и снова возрастает в анион-радикала (он имеет самую большую электронную плотность); самый большой электрический заряд на атоме O химическая частичка имеет в состоянии катион-радикалу, наименьший — в состоянии анион- радикалу.

Цель: рассчитать энергию гемолитической и гетеролитической диссоциации объекта.

Теория

Диссоциация химической связи – разрыв связи путём гомолиза или гетеролиза.

Гетеролиз – розрыв ковалентной связи, сопровождающийся образованием ионых частиц. Пара электронов остаётся на одном из фрагментов.

Гомолиз – разрыв связи, который состоит в распаривании электронов, которые образуют эту связь, каждый из электронов остаётся на одном из отдельных атомов. Сопровождается образованием радикалов.

Энергия гетеролитической диссоциации

R1-R2 R1є + R2є

DA-B=[Eповн(R1є) + Еповн(R2є)]- Еповн(R1-R2);

DA-B=[fH0 (R1є) +fH0 (R2є)]- fH0 (R1-R2)

Энергия гомолитической диссоциации

R1-R2 R1+ + R2-

DA-B=[Eповн(R1+) + Еповн(R2-)]- Еповн(R1-R2);

DA-B=[fH0 (R1+) +fH0 (R2-)]- fH0 (R1-R2)

Выполнение работы

CCl3COOH? CCl3COO- + H+

R1+ R2-

CCl3COOH? CCl3COOє + Hє

R1є R2є

Провели квантово-химический расчет:

молекулярной геометрии;

молекулярной геометрии;

Таблица 1. Электронно-орбитальные характеристики объектов

Параметры

Объекты

R1-R2

R1є

R2+

R2є

R1-

Электронное состояние

S0

S1

T1

S0

S0

Заряд

0

0

+1

0

-1

Суммарный спин

0

0.5

0

0.5

0

Спиновая мультиплетность

1

2

1

2

1

Количество е

42

41

0

1

42

Количество МО

29

28

1

1

28

Количество заполненных е МО

21

20

0

1

20

Количество вакантных МО

8

8

1

0

8

Таблица 2. Энергетические характеристики объектов

Объекты

Состояние

ккал/моль

Еповн

Еатом

ЕА

Еел

ЕZZ

fH0

R1-R2

S0

-46867.08

-603.06

-46164.01

-139355.47

2488.38

-103.09

R2є

S0

-262.81

-0.0098

262.80

-262.813

0

52.102

R2+

S0

0

262.803

-262.803

0

0

100.6671

R1є

S0

-18497

-1000,56

-16782,347

-50638,26

42628,265

-84,22

R1-

S0

-18440

-1290,576

16167,1237

-57128, 672

50268,671

-120,439

R1-R2 R1є + R2є

DA-B=[Eповн(R1є) + Еповн(R2є)]- Еповн(R1-R2);

DA-B=[fH0 (R1є) +fH0 (R2є)]- fH0 (R1-R2)

DA-B=(52.102+(-84,22)) – (-103.09) = 54,58 ккал/моль

DA-B=(-262.81+(-18497)) – (-46867.08) = 54,58 ккал/моль

R1-R2 R1+ + R2-

DA-B=[Eповн(R1+) + Еповн(R2-)]- Еповн(R1-R2);

DA-B=[fH0 (R1+) +fH0 (R2-)]- fH0 (R1-R2)

DA-B=(0+(-18440))-( -46867.08)= 84,38 ккал/моль

DA-B=(326.6671+(-320,439))-( -103.09)=84,38 ккал/моль

Вывод: гомолитический разрыв связи выгоднее.

Цель: определить потенциал ионизации и сродство к электрону химической частички, рассчитать вертикальный потенциал ионизации, рассчитать вертикальную сродство к электрону.

Теория

Потенциал ионизации – энергия, которую необходимо затратить для отрыва одного электрона от химической частицы вещества и перенести его в точку с нулевым потенциалом.

Вертикальный потенциал ионизации - – энергия, которую необходимо затратить для отрыва одного электрона от химической частицы вещества и перенести его в точку с нулевым потенциалом, при условии сохранения ею начальной конфигурации.

Адиабатический потенциал ионизации – энергия, которую необходимо затратить для отрыва одного электрона от химической частицы вещества и перенести его в точку с нулевым потенциалом, без сохранения ею начальной конфигурации.

По теореме Купманса:

IP=-EНЗМО

Сродство к электрону – энергия, которая выделяется при присоединении электрона.

Вертикальное сродство к электрону - энергия, которая выделяется при присоединении электрона к частице при условии сохранения ею начальной конфигурации.

Сродство к электрону по теореме Купманса:

ЕА=-ЕНВМО.

Выполнение работы

  1. Определим потенциал ионизации R1-R2 в соответствии с теоремой Купманса.

М-Е М+

ІР=-Ензмо

ІР= 11.92699еВ

  1. Определить сродство к электрону R1-R2 в соответствии с теоремой Купманса.

М+е М-

ЕА=-Енвмо

ЕА= -0.82248 еВ

  1. Рассчитаем вертикальный потенциал ионизации R1-R2.

IPverttot(M+) - Etot(M)

IPvert=fH0(M+) -fH0(M)

vert=130,82 еВ

vert=130,83 еВ

  1. Рассчитаем вертикальную сродство к электрону R1-R2.

EAverttot(M-) - Etot(M)

EAvert=fH0(M-) -fH0(M)

vert=85,6 еВ

vert=85,6 еВ

Вывод: определили потенциал ионизации и сродство к электрону молекулы трихлоруксусной кислоты, рассчитала вертикальный потенциал ионизации, рассчитала вертикальную сродство к электрону. Вертикальный потенциал ионизации больший, чем потенциал ионизации, а также вертикальная сродство к электрону большая чем сродство к электрону. Итак, отрыв одного электрона от химической частички вещества с перенесением его в точку с нулевым потенциалом и присоединение одного электрона к молекулы при условии несохранения ею начальной конфигурации есть более выгодным, чем при условии сохранения ею начальной конфигурации.

Вывод


В результате проведения квантово-химического расчета и анализа полученных результатов пришла к выводу, что:

- электронное состояние химической частицы влияет на параметры молекулярной геометрии;

- Наиболее энергетически выгодным является переход частицы Т1 ? S0 (выделилось больше энергии), наименее энергетически выгодным является переход S1 ? S0;

- Состояние частицы влияет на распределение зарядов в молекуле;

- энергия гомолитичнои диссоциации меньше, чем энергия гетеролитических диссоциации, следовательно гомолитична диссоциация является более выгодной, чем гетеролитических;

- Вертикальный потенциал ионизации больше, чем потенциал ионизации, а также вертикальная сродство к электрону больше сродство к электрону. Следовательно, отрыв одного электрона от химической частицы вещества с переносом его в точку с нулевым потенциалом и присоединение одного электрона к молекуле при условии несохранения ней начальной конфигурации является более выгодным, чем при условии сохранения ею начальной конфигурации.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации