Bài 10 Tính tham số cấu trúc và năng lượng phân của phân tử 1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm tính toán (hóa học lượng tử) và bán kinh nghiệm 2 Cài đặt phần mềm MOPAC 3 Thực hiện tính và hiển thị kết q[.]
Bài 10: Tính tham số cấu trúc lượng phân phân tử Giới thiệu sơ lược phần mềm tính tốn (hóa học lượng tử) bán kinh nghiệm Cài đặt phần mềm MOPAC Thực tính hiển thị kết Luyện tập trang 65 Chun đề Hóa 10: Tính lại cấu trúc C6H5OH dung môi nước Các giá trị nhiệt tạo thành, lượng tổng, độ dài liên kết O-H góc liên kết HOC bao nhiêu? Trả lời: Bước 1: Sử dụng ChemSketch để vẽ cấu trúc 2D phenol; vào Tool chọn 3D Structure Optimization Chọn 3D viewer để hiển thị cấu trúc 3D chất Bước 2: Trong 3D Viewer, vào menu chọn File, chọn Save As, đặt tên file C6H5OH, lưu file dạng mop (phần Save As type chọn MOPAC Z – Matrix) vào thư mục (chú ý, khơng để thư mục có đường dẫn tiếng Việt) Bước 3: Nhấn chuột phải lên file C6H5OH.mop, Open with NotePad, dòng trống thêm lệnh OPT EPS=78.4 ENPART (Lệnh xác định cấu trúc lượng): Sau vào file Save Bước 4: Nháy đúp chuột trái vào file C6H5OH Mop, chương trình chạy kết thúc vài giây (nếu không thấy chạy nhấn chuột phải vào C6H5OH.mop, Open with để mở MOPAC2016.exe nằm thư mục C:\Program Files\MOPAC) Thêm file xuất file kết C6H5OH.out C6H5OH Arc Bước 5: Hiển thị kết - Mở file C6H5OH Out NotePad - Phần kết quả: Như vậy: Giá trị nhiệt tạo thành dung môi nước là: -117,65887 kJ mol-1 Năng lượng tổng: -1112,9781 EV Để quan sát cấu trúc nhận sau tính, nháy chuột phải lên file C6H5OH arc, chọn rename để thêm mop vào cuối; nhận file C6H5OH.arc.mop Trong menu File 3D Viewer vào Open, phần File of Type chọn MOPAC Z – Matrix chọn file C6H5OH.arc.mop hình ảnh 3D phenol Để biết độ dài liên kết, góc liên kết, chọn cơng cụ tử tương ứng Kết sau: Độ dài liên kết O-H bằng: 0,999A Độ dài góc liên kết HOC bằng: 112,748 độ nháy chuột lên nguyên Bài tập Bài tập trang 66 Chuyên đề Hóa 10: Sử dụng phương pháp PM7 để xác định đồng phân cis-2-butene hay trans-2-butene bền Biết rằng, đồng phân có lượng tổng âm bền hơn: Trả lời: - Đồng phân cis-2-butene có lượng tổng -599,1911 EV (Phần kết quả: ) - Đồng phân trans-2-butene có lượng tổng -599,2290 EV (Phần kết quả: ) ⇒ trans-2-butene bền có lượng tổng âm Bài tập trang 66 Chuyên đề Hóa 10: Sử dụng phương pháp PM7 tính cấu trúc (độ dài liên kết, góc liên kết), nhiệt tạo thành, lượng tổng đồng phân o, m, pcresol So sánh độ bền đồng phân Trả lời: Sử dụng phương pháp PM7 ta có bảng sau: Đồng phân o-cresol m-cresol p-cresol Nhiệt tạo thành (kJ/mol) -129,08980 -134,94981 -130,75217 Năng lượng tổng (EV) -1263,1321 -1263,1939 -1263,1509 d(C-O) 1,36 1,359 1,36 d(O-H) 0,987 0,987 0,987 d(C-CH3) 1,489 1,491 1,491 112,336o 112,251o 112,141o Độ dài liên kết o (A) Góc liên kết (o) COH Đồng phân có lượng tổng âm bền Dựa vào kết ta thấy độ bền đồng phân xếp sau: o-cresol < p-cresol < m-cresol Bài tập trang 66 Chuyên đề Hóa 10: Cho dãy hợp chất H2X, với X nguyên tố nhóm VIA gồm O, S, Se Sử dụng phương pháp tính PM7 để tối ưu hóa cấu trúc, từ tính độ dài liên kết X-H góc HXH Tìm quy luật biến đổi giá trị dãy nêu Trả lời: Với hợp chất H2O: o d(O-H) = 0,956 A Góc HOH = 105,399o Với hợp chất H2S: o d(S-H) = 1,339 A Góc HSH = 96,907o Với hợp chất H2Se: o d(Se-H) = 1,465 A Góc HSeH = 93,752 o Nhận xét: Trong nhóm VIA từ O đến Se độ dài liên kết X-H tăng dần; góc liên kết HXH giảm dần Bài tập trang 66 Chuyên đề Hóa 10: Sử dụng phương pháp PM7 để tối ưu hóa cấu trúc, từ tính (độ dài liên kết, góc liên kết) chất có phương trình phản ứng sau: O2(g) + 2H2(g) → 2H2O(g) (1) F2(g) + H2(g) → 2HF (g) (2) a) Tính biến thiên enthalpy phản ứng (1) (2) theo phương pháp PM7 So sánh kết nhận với kết tính từ enthalpy tạo thành chuẩn chất Phụ lục b*) Tính biến thiên lượng phản ứng (1) (2) Từ đó, so sánh khả phản ứng oxygen fluorine với hydrogen Biết rằng, biến thiên lượng phản ứng tính giống biến thiên enthalpy phản ứng, thay nhiệt tạo thành lượng tổng phân tử Chú ý: Enthalpy tạo thành chuẩn đơn chất trạng thái bền Trả lời: a) Tính biến thiên enthalpy phản ứng (1) (2) theo phương pháp PM7: ∆f Ho298 (H2O) = -241,83333 kJ.mol-1 ∆f Ho298 (HF) = -259,13839 kJ.mol-1 ∆r Ho298 (1) = ∆f Ho298 (H2O) – 1.0 – 2.0 = 2.(-241,83333) = -483,66666 kJ ∆r Ho298 (2) = ∆f Ho298 (HF) – 1.0 – 1.0 = 2.(-259,13839) = -518,27678 kJ Tính biến thiên enthalpy phản ứng (1) (2) theo enthalpy tạo thành phụ lục 2: ∆f Ho298 (H2O) = -241,8 kJ.mol-1 ∆f Ho298 (HF) = -273,3 kJ.mol-1 ∆r Ho298 (1) = ∆f Ho298 (H2O) – 1.0 – 2.0 = 2.(-241,8) = -483,6 kJ ∆r Ho298 (2) = ∆f Ho298 (HF) – 1.0 – 1.0 = 2.(-273,3) = -546,6 kJ So sánh: Kết nhận với kết tính từ enthalpy tạo thành chuẩn chất Phụ lục xấp xỉ b*) Biến thiên lượng phản ứng (1) = 2.năng lượng tổng H2O – (năng lượng tổng O2 + 2.năng lượng tổng H2) = (-322,6792) – [-585,9147 + 2.( -28,0470)] = -3,3497 eV Biến thiên lượng phản ứng (2) = 2.năng lượng tổng HF – (năng lượng tổng F2 + lượng tổng H2) = 2.(-479,5304) – [-927,7183 + (-28,0470)] = -3,2955 eV Nhận xét: Phản ứng hydrogen fluorine xảy thuận lợi Bài tập trang 67 Chuyên đề Hóa 10: Bằng cách tối ưu hóa cấu trúc, xác định độ dài liên kết H–X (với X F, Cl, Br, I) Trả lời: o d(H–F) = 0,896 A o d(H–Cl) = 1,273 A o d(H–Br) = 1,459 A o d(H–I) = 1,637 A ... 2.(-479,5304) – [-927,7183 + (-28,0470)] = -3,2955 eV Nhận xét: Phản ứng hydrogen fluorine xảy thuận lợi Bài tập trang 67 Chuyên đề Hóa 10: Bằng cách tối ưu hóa cấu trúc, xác định độ dài liên kết H–X (với... o-cresol < p-cresol < m-cresol Bài tập trang 66 Chuyên đề Hóa 10: Cho dãy hợp chất H2X, với X nguyên tố nhóm VIA gồm O, S, Se Sử dụng phương pháp tính PM7 để tối ưu hóa cấu trúc, từ tính độ dài... đến Se độ dài liên kết X-H tăng dần; góc liên kết HXH giảm dần Bài tập trang 66 Chuyên đề Hóa 10: Sử dụng phương pháp PM7 để tối ưu hóa cấu trúc, từ tính (độ dài liên kết, góc liên kết) chất có