Báo cáo thực hành hóa tính toán

Họ tên: Huỳnh Thị Thanh Ý Lớp : Sư Phạm Hóa K37 Tổ : BÁO CÁO THỰC HÀNH HÓA HỌC TÍNH TOÁN Bài 1: Tính lượng nguyên tử He (Giá trị thực nghiệm E0=-79 eV)  Năng lượng He bỏ qua tương tác electron: EHe=2 (-13.6 Z2/n2) = * =-108.8 eV Sai số : *100%=33.7%  Năng lượng He theo phương pháp gần Staler: EHe=-13.6 Z*2/n*2 b = 0.3 Z*=2 -0.3=1.7 E1s== 39.304 eV EHe= 2(-39.304)= -78.608 eV Sai số: *100%=0.5%  Tính theo GausView Gausian: Hình vẽ Năng lượng tính theo phương pháp hàm sở thống kê bảng sau đổi sang eV (1au= 27.2105 eV) Phương HF pháp Bộ hàm sở STO-3G 6-31G 6-311G 6-311G++(d,p) cc-pVDZ cc-pVTZ -76.401207 -77.690342 -77.819184 -77,821592 -77.690345 -77.853412 MP2 CISD CCSD -76.401207 -77.995102 -78.170379 -78.494026 -78.393146 -78.755103 -78.098546 -78.268783 -78.657547 -78.572898 -78.916768 -78.098546-78.268772 -78.657547 -78.572898 -78.916768  Nhận xét: -Năng lượng tính theo phương pháp gần Staler phương pháp HF, MP2, CISD, CCSD có sai số thấp cách tính bỏ qua tương tác electron -Trong lượng tính theo phương pháp CCSD CISD với hàm cc-pVTZ gần với giá trị thực nghiệm Bài 3: Tính lượng điểm đơn A.Hãy tính lượng điểm đơn phân tử H2O mức lý thuyết MP2/631G(d,p): Hình học I II Độ dài O-H (Å) 1,02 1,00 Góc HOH (độ) 104,5 104,5 Năng lượng (a.u.) -76.2137844 -76.2170367 III 0,97 104,5 -76.2196195 IV 0,96 104,5 -76.2197722 V 0,95 104,5 -76.219526 VI 0,95 103 -76.2194807 VII 0,95 102 -76.2193847 VIII 0,95 106 -76.2194554 IX 0,95 107 -76.2193451 X 0,95 108 -76.2191853 Nhận xét: trạng thái hình học số IV với độ dài O-H 0,96Å, góc HOH 106° phân tử H2O có cấu trúc bền có giá trị lượng -76.2197722 (a.u) thấp -Đồ thị : biểu diễn phụ thuộc lượng vào độ dài liên kết O-H Độ dài O-H (Å) 1,02 1,00 0,97 0,96 0,95 Năng lượng (a.u.) -76.2137844 -76.2170367 -76.2196195 -76.2197722 -76.219526 -Đồ thị : biểu diễn phụ thuộc lượng vào góc liên kết HOH Góc HOH (độ) 104,5 103 102 Năng lượng (a.u.) -76.219526 -76.2194807 -76.2193847 106 107 108 -76.2194554 -76.2193451 -76.2191853  Nhận xét : Qua đồ thị ta thấy : + Khi độ dài liên kết O-H tăng từ 0,95Å đến 0,96Å lượng điểm đơn giảm, từ 0,96Å đến 1,02Å lượng điểm đơn tăng + Khi góc liên kết HOH tăng từ 102o đến 104,5o lượng điểm đơn giảm, từ 104,5o đến 108o lượng điểm đơn tăng B.Tính lượng điểm đơn phân tử propen theo phương pháp HF hàm sở 6-31G(d) :  Hình vẽ:  Mặt phẳng chứa nhiều nguyên tử mặt phẳng OXY  Năng lượng phân tử tính theo phương pháp HF là: E(RHF) = -117.06427368 a.u  Mô men lưỡng cực: + Độ lớn: 0.3310 (Debye) + Hướng : (theo mũi tên hình vẽ)  Sự phân bố điện tích (tính theo Mulliken) phân tử hình vẽ: + Các điện tích âm phân bố nguyên tử C, Các điện tích dương phân bố nguyên tử H + Điện tích phân bố không nguyên tử Nguyên tử C sp3 có mật độ điện tích âm lớn so với Csp2 + Tổng điện tích phân tử Phân tử trung hòa điện Bài 4: Sự phụ thuộc thời gian tính (CPU time) vào số hàm sở  Năng lượng điểm đơn tính theo phương pháp HF/6-31G cho dãy hidrocacbon no mạch thẳng CnH2n+2 ( n= 1-8) Số nguyên tử C(n) CPU time (s) 2 3 Số hàm sở (N) 17 30 43 56 69 82 95 108 Năng lượng (a.u.) -40.180141 -79.1959516 -118.2135502 -157.230745 -196.2478547 -235.2649476 -274.2820444 -313.4273197  Đồ thị biểu diễn phụ thuộc thời gian tính số hàm sở phép tính số nguyên tử C(n) tăng  Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy số hàm sở thời gian tính tăng số nguyên tử Cacbon tăng Bài 8: Hãy xây dựng bề mặt có trình phân hủy NH2CHO theo phương pháp B3LYP/6-31+G(d,p) a, Xét phản ứng : NH2CHO  NH3 + CO Chất Năng lượng điểm đơn Năng lượng tương đối E Kcal/mol Kcal/mol NH2CHO -106591 TTCT (TS) -106512 79.3631 -106578 12.8343 Chất Đầu (CĐ) Sản phẩm NH3 + CO E (kcal/mol) 79 TS 13 NH3 + CO NH2CHO b, Xét phản ứng : NH2CHO  H2 + HCNO Chất Năng lượng điểm đơn Năng lượng tương đối E Kcal/mol Kcal/mol NH2CHO -106591 TTCT (TS) -106512 78.2725 -106568 22.5863 Chất Đầu (CĐ) Sản phẩm H2 + HCNO E (kcal/mol) 78 23 HNCO + H2 NH2CHO c, Xét phản ứng : NH2CHO  HCN + H2O Chất Năng lượng điểm đơn Năng lượng tương đối E Kcal/mol Kcal/mol NH2CHO -106591 TTCT (TS1) -106546 44.3919 Chất trung gian (TG) -106564 26.0889 TTCT (TS2) -106515 75.4431 -106566 24.0427 Chất Đầu (CĐ) Sản phẩm HCN + H2O E (kcal/mol) TS2 75 TS1 44 26 24 TG HCN+ H2O NH2CHO d, Xét phản ứng : NH2CHO  HNC + H2O Chất Năng lượng điểm đơn Năng lượng tương đối E Kcal/mol Kcal/mol Chất Đầu (CĐ) NH2CHO -106591 TTCT (TS1) -106519 71.7276 Chất trung gian(TG) -106547 43.6451 TTCT (TS2) -106502 88.78435 -106553 37.0771 Sản phẩm HNC + H2O E (kcal/mol TS2 90 TS1 70 TG 43 37 HNC + H2O NH2CHO Bài 9: Xây dựng bề mặt năng: • Xây dựng bề mặt phản ứng cộng: CH2=CH2 + HX (X: F,Cl,Br) CH2=CH2 + H2Z (Z: O, S, Se) theo phương pháp HF/6-31+G(d,p) + Phản ứng: CH2=CH2 + HF  CH3- CH2F Chất Năng lượng (E+ZPE) Kcal/mol Năng lượng tương đối E Kcal/mol Chất phản ứng -111696.7513525 CH2=CH2 + HF TTCT (TS) Phức π Sản phẩm -111638.05563 58.6957225 -111698.3627725 -1.6114200 -111708.7478975 -11.9965450 E TS CH2=CH2 + HF Cπ SP -12 Tọa độ phản ứng + Phản ứng: CH2=CH2 + HCl  CH3- CH2Cl Chất Năng lượng (E+ZPE) Kcal/mol Năng lượng tương đối E Kcal/mol Chất phản ứng CH2=CH2 + HCl -337625.6207450 47.3084800 TTCT (TS) -337578.3122650 -337626.3172700 Phức π -0.6965250 -337638.6953350 Sản phẩm E -13.0745900 TS 47 CH2=CH2 + HCl Cπ -13 SP Tọa độ phản ứng + Phản ứng: CH2=CH2 + HBr  CH3- CH2Br Chất Năng lượng (E+ZPE) Kcal/mol Năng lượng tương đối E Kcal/mol Chất phản ứng -1661912.4049600 CH2=CH2 + HBr TTCT (TS) Phức π Sản phẩm E -1661871.5145500 40.8904100 -1661913.9969275 -1.5919675 -1661929.0343375 -16.6293775 TS 40 CH2=CH2 + HCl Cπ -16 sp + Phản ứng: CH2=CH2 + H2O  CH3- CH2OH Chất Năng lượng (E+ZPE) Năng lượng tương đối E Chất phản ứng Kcal/mol -96632.9825875 Kcal/mol -96559.5581850 73.4244025 -96633.4463100 -0.4637225 -96641.6527550 -8.6701675 CH2=CH2 + H2O TTCT (TS) Phức π Sản phẩm E TS 73 CH2=CH2 + H2O Cπ -8 sp Tọa độ phản ứng + Phản ứng: CH2=CH2 + H2S  CH3- CH2SH Chất Năng lượng (E+ZPE) Kcal/mol Năng lượng tương đối E Kcal/mol Chất phản ứng -299096.8201725 CH2=CH2 + H2S TTCT (TS) Phức π Sản phẩm E -299030.5386025 66.2815700 -299096.9099050 -0.0897325 -299109.6901975 -12.8700250 TS 66 CH2=CH2 + H2S Cπ -12 sp Tọa độ phản ứng + Phản ứng: CH2=CH2 + H2Se  CH3- CH2SeH Chất Năng lượng (E+ZPE) Kcal/mol Năng lượng tương đối E Kcal/mol Chất phản ứng -1554144.4687575 CH2=CH2 + H2Se TTCT (TS) Phức π -1554085.3362950 -1554145.7645450 59.1324625 -1.2957875 Sản phẩm E -1554163.3502325 TS 59 CH2=CH2 + H2Se Cπ -18 sp Tọa độ phản ứng -18.8814750 • Bảng giá trị thông số nhiệt động tính Kcal/mol chất tính theo phương pháp HF/6-31+G(d,p) ∆Go Kcal/mol -48951.37791 -62769.12746 -288698.9337 -1612986.557 -47706.11922 -250171.17541 -1505219.77152 -111724.4831 -337655.0982 -1661946.174 -96657.51721 -299126.43064 -1554180.86941 Chất CH2=CH2 HF HCl HBr H2 O H2S H2Se CH3- CH2F CH3- CH2Cl CH3- CH2Br CH3- CH2OH CH3- CH2SH CH3- CH2SeH Ở nhiệt độ: T = 298K ta có: + Phản ứng: CH2=CH2 + HX  CH3- CH2X ∆Go pứ = ∆Go (CH3- CH2X) –(∆Go (CH2=CH2 ) + ∆Go (HX) ) Hằng số cân bằng: Keq(T) = exp(-∆Go/RT) Hằng số tốc độ phản ứng: k = (kB.T/h) exp(-∆Go/RT) Với: kB= 0.3321095 x10-23 cal/K h = 1.583554 x10-34 cal.s R= 1.9872 cal/K.mol Năng lượng hoạt hóa: Ea = E(TS) – E(Chất phản ứng) • Phản ứng: CH2=CH2 + HF  CH3- CH2F ∆Go pứ = -3.97773 Kcal/mol Keq(T) = 826.3617511 k = 5.16458 x1015 s-1 Ea = 58.6957225 Kcal/mol • Phản ứng: CH2=CH2 + HCl  CH3- CH2Cl ∆Go pứ = -4.78659 Kcal/mol Keq(T) = 3238.682777 k = 2.102411 x1016 s-1 Ea = 47.3084800 Kcal/mol • Phản ứng: CH2=CH2 + HBr CH3- CH2Br ∆Go pứ = -8.23909 Kcal/mol Keq(T) = 1102421.671 k = 6.88989 x1018 s-1 Ea = 40.8904100 Kcal/mol • Phản ứng: CH2=CH2 + H2O  CH3- CH2OH ∆Go pứ = -0.02008 Kcal/mol Keq(T) = 1.034489727 k = 6.46533 x1012 s-1 Ea = 73.4244025 Kcal/mol • Phản ứng: CH2=CH2 + H2S  CH3- CH2SH ∆Go pứ = -3.87732 Kcal/mol Keq(T) = 697.480325 k = 4.3591 x1015 s-1 Ea = 66.2815700 Kcal/mol • Phản ứng: CH2=CH2 + H2Se  CH3- CH2SeH ∆Go pứ = -9.71998 Kcal/mol Keq(T) = 13439910.113 k = 8.39965 x1019 s-1 Ea = 59.1324625 Kcal/mol • Nhận xét: + Khả phản ứng cộng CH2=CH2 với HX: tăng dần từ HF  HCl  HBr tức khả phản ứng CH2=CH2 với HBr mạnh nhất, với HF yếu + Khả phản ứng cộng CH2=CH2 với H2Z: tăng dần từ H2O  H2S  H2Se tức khả phản ứng CH2=CH2 với H2Se mạnh nhất, với H2O yếu