Đang tải... (xem toàn văn)
àdssdfdédfgsdfsdfdsfdsfsdfsdfsdfsfsdfsfsdfvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
Báo cáo Hóa tính tốn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA HÓA BÁO CÁO THỰC HÀNH Học phần Hóa học tính tốn Giảng viên HD : PGS.TS Vũ Thị Ngân Sinh viên : Phạm Lâm Bảo Tồn Lớp : Sư phạm Hóa K37 Quy Nhơn, tháng năm 2017 Page Báo cáo Hóa tính tốn BÁO CÁO THỰC HÀNH Học phần Hóa học tính tốn Giảng viên HD : PGS.TS Vũ Thị Ngân Sinh viên : Phạm Lâm Bảo Toàn Lớp : Sư phạm Hóa K37 Quy Nhơn, tháng năm 2017 Page Báo cáo Hóa tính tốn Bài Tính lượng nguyên tử He trường hợp sau so sánh với giá trị thực nghiệm E0 = -79,0 eV Nhận xét Trả lời a) Bỏ qua tương tác electron Từ công thức En = -13,6*Z2 / n2 ta có : EHe = 2×(-13,6) 22/12 = -108,8 eV b) Tính theo cơng thức Slater : Cấu hình He 1s2 Số lớp e hiệu dụng n* = Số điện tích hiệu dụng Z* = – (1.0,3) = 1,7 EHe = 2× (-13,6) (1,7)2/12 = – 78,608 eV c) Theo phương pháp Hartree – Fock: Phương pháp Bộ hàm sở Basis Set STO-3G Basis Set 6-31G Basis Set 6-311G HF MP2 -2.80778396 a.u -2.80778396 (-76,4026eV) a.u (76,4026eV) - 2.85516043 a.u -2.86636055 (-77,6917eV) a.u (77,9965eV) -2.85989537 a.u -2.87280202 (-77,8206eV) a.u (78,1718eV) CISD -2.83567987 a.u (-77,1616 eV) -2.85516043 a.u (77,6917eV) -2.85989542 a.u (77,8206eV) CCSD Can’t solve -2.87016213 a.u (-78,0999eV) -2.87641836 a.u (-78,2702eV) Phương pháp Bộ hàm sở HF MP2 Page CISD CCSD Báo cáo Hóa tính tốn Basis Set STO3G* Basis Set 6-31+G Basis Set 6-31++G Basis Set 6-311+G Basis Set 6-311++G -2.80778396 a.u (76,4026eV) -2.85516043 a.u (77,6917eV) -2.85565054 a.u (77,7051eV) -2.85989537 a.u (77,8206eV) -2.85998391 a.u (77,8230eV) -2.80778396 a.u (76,4026eV) -2.86636055 a.u (77,9965eV) -2.86717241 a.u (78,0186eV) -2.87280202 a.u (78,1718eV) -2.87295870 a.u (78,1760eV) Can’t solve -2.85516043 a.u (77,6917eV) -2.85565054 a.u.(77,7051eV) -2.85989542 a.u (77,8206eV) -2.85998392 a.u (77,8230eV) Can’t solve -2.87016213 a.u (-78,0999eV/) -2.87113877 a.u (-76,1265eV) -2.87641836 a.u (-78,2702eV0) -2.87662319 a.u (-78,2757eV) Phương pháp Bộ hàm sở Basis Set cc-pVDZ Basis Set cc-pVTZ HF -2.85516048 a.u (77,6917eV) -2.86115334 a.u (77,8548eV) MP2 -2.88098882 a.u (78,3945eV) -2.89429091 a.u (78,7565eV) CISD -2.85516048 a.u (77,6917eV) -2.86115334 a.u (77,8548eV) CCSD -2.88759483 a.u (78,5743eV) -2.90023217 a.u (78,9182eV) Nhận xét : - Kết tính theo phương pháp b) phù hợp với thực nghiệm EHe = -79,0 eV kết - câu a) có chút sai lệch với thực nghiệm chưa hiệu chỉnh hắng số chắn b Kết tính EHe theo phương pháp HF,MP2, CISD, CCSD gần với thực nghiệm EHe = -79,0 eV Page Báo cáo Hóa tính tốn Bài 2: Tính lượng nguyên tử Li trường hợp sau so sánh với giá trị thực nghiệm E0 = -203,5 eV Trả lời a) Bỏ qua tương tác electron Từ công thức En = –13,6*Z2 / n2 ta có : ELi = 2×(–13,6) 32/22 = - 61,2 eV b) Theo phương pháp gần Slater : Cấu hình electron : Li 1s22s1 Số lớp e hiệu dụng n* = Hằng số chắn b = × 0,85 = 1,7 Điện tích hiệu dụng : Z* = Z – b = – 1,7 = 1,3 ELi = 2× (-13,6) (1,3)2/22 = – 11,492 eV c) Theo phương pháp HF, MP2, CCSD,(T,FC), CCSD(T,Full) kết hợp với hàm sở kiểu Dunning cc-pVDZ, cc-pVTZ Ta có hartree = 27,211 eV Do : Phương pháp Bộ hàm sở HF MP2 Basis Set ccpVDZ -7.43242053 a.u.202,243e V -7.43242053 a.u .202,243e V Basis Set ccpVTZ -7.43270190 a.u .202,251eV -7.43270205 a.u .202,251e V CCSD(T,FC) -7.43242053 a.u .202,243e V -7.43270205 a.u .202,251e V CCSD(T,Full) -7.43263730 a.u .202,249eV -7.44604991 a.u .202,614eV Nhận xét : - Kết tính theo phương pháp b) phù hợp với thực nghiệm ELi = -203,5 eV kết - câu a) có chút sai lệch với thực nghiệm chưa hiệu chỉnh hắng số chắn b Kết tính ELi theo phương pháp HF, MP2, CISD, CCSD gần với thực nghiệm ELi = -203,5 eV Page Báo cáo Hóa tính tốn Bài : Tính lượng điểm đơn A) Tính lượng điểm đơn phân tử H2O mức lý thuyết HF/6-31G(dp) MP2/6-31G(d,p) với cấu trúc hình học khác Hãy vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc lượng vào độ dài liên kết O-H ( cấu hình I đến V) góc HOH ( cấu hình V đến X) nhận xét Cấu hình hạt nhân (I) (II) (III) (IV) (V) (VI) (VII) (VIII) (IX) (X) Góc HOH (0) Độ dài O–H () 1,02 1,00 0,97 0,96 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 104,5 104,5 104,5 104,5 104,5 103 102 106 107 108 Hãy vẽ đồ thị biểu diễn phu thuộc lượng vào độ dài liên kết O-H nhận xét B) Tính lượng điểm đơn phân tử propen theo phương pháp HF hàm sở 6-31G(d) cho biết thông tin sau: - Mặt phẳng chứa nhiều nguyên tử - Năng lượng phân tử tính theo phương pháp HF - Cho biết độ lớn hướng momen lưỡng cực propen - Mơ tả phân bố điện tích (theo Mulliken) propen Trả lời A) Năng lượng điểm đơn phân tử H2O mức lý thuyết MP2/6-31G(d,p) Cấu hình hạt nhân Độ dài O–H () Góc HOH (0) Năng lượng (hartree) (I) 1,02 104,5 -76.22766272 a.u (II) 1,00 104,5 -76.23072468 a.u (III) 0,97 104,5 -76.23301106 a.u (IV) 0,96 104,5 -76.23306218 a.u (V) 0,95 104,5 -76.23271319 a.u (VI) 0,95 103 -76.23254951 a.u Page Báo cáo Hóa tính tốn (VII) 0,95 102 -76.23237771 a.u (VIII) 0,95 106 -76.23276617 a.u (IX) 0,95 107 -76.23274118 a.u (X) 0,95 108 -76.23266883 a.u Nhận xét: Ở trạng thái hình học số (I) với độ dài O–H 1,02 A, góc HOH 104,50 , phân tử H2O có cấu trúc bền có giá trị lượng -76.22766272 a.u Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lượng vào độ dài liên kết O–H Độ dài O–H () Năng lượng (eV) 0,95 -2074,368359 0,96 -2074,377855 0,97 -2074,376464 1,00 -2074,314249 1,02 -2074,23093 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc lượng vào góc liên kết HOH Góc HOH (0) Năng lượng (hartree) 102 -76.23237771 a.u 103 -76.23254951 a.u 104.5 -76.23271319 a.u 106 -76.23276617 a.u 107 -76.23274118 a.u Page Báo cáo Hóa tính tốn 108 -76.23266883 a.u • Nhận xét : Từ đồ thị ta thấy + Khi độ dài liên kết tăng lượng ZPE tăng đồng biến + Khi góc liên kết HOH tăng từ 102 đến 106 lượng ZPE giảm, từ 106 đến 108 lượng tăng B Tính lượng điểm đơn phân tử propen HF/6-31G(d,p) Năng lượng phân tử tính theo HF/6-31G(d,p) E(UHF) = -117.619052813 a.u Mặt phẳng chứa nhiều nguyên tử mặt phẳng xOy chứa nguyên tử gồm + nguyên tử C ( gồm nguyên tử Csp3 nguyên tử Csp2) + nguyên tử H ( gồm nguyên tử H liên kết với nguyên tử Csp2 ) Momen lưỡng cực : + Độ lớn µ = 0.1576 Debye Dipole moment (field-independent basis, Debye): Page Báo cáo Hóa tính tốn X= -0.0949 Y= -0.1258 Z= 0.0000 Tot= 0.1576 Debye + Hướng : Sự phân bố điện tích ( tính theo Mulliken) phân tử propen Standard orientation: Center Atomic Atomic Coordinates (Angstroms) Number Number Type X Y Z 1.253581 0.287222 0.000000 1.174665 1.354308 0.000000 2.218082 -0.176068 0.000000 -1.252017 0.187267 0.000000 -2.010311 -0.567643 -0.000196 -1.355193 0.796215 0.873749 -1.355047 0.796520 -0.873554 0.136143 -0.479524 0.000000 0.250786 -1.086559 -0.873651 10 0.250777 -1.086560 0.873651 Mulliken atomic charges: 1 C -0.253911 H 0.114384 H 0.119000 C -0.338525 H 0.118342 H 0.114344 H 0.114341 C -0.220872 H 0.116448 10 H 0.116449 Sum of Mulliken charges= 0.00000 Page Báo cáo Hóa tính tốn Nhận xét : + Các điện tích dương phân bố nguyên tử H, điện tích âm phân bố rên nguyên tử C + Điện tích phân bố khơng nguyên tử Nguyên tử C sp3 có mật độ điện tích âm lớn so với nguyên tử Csp2 + Tổng điện tích propen => Phân tử C3H6 trung hòa điện Bài :Sự phụ thuộc thời gian tính ZPE (Zero Point Energy) vào số lượng hàm sở Tính lượng điểm đơn theo phương pháp HF/6-31G (d,p) cho dãy HC no, mạch thẳng CnH2n+2 (n= 1-8 ) cấu dạng zic-zăc Gaussview Gaussian Từ vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc thời gian tính vào số hàm sở phép tính số nguyên tử C tăng Trả lời n Ankan CnH2n+2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 C8H18 + Thời gian tính : • Methane : Page 10 Năng lượng điểm đơn (eV) -40.18014099 a.u -79.19585809 a.u -118.21354919 a.u -157.22876859 a.u -196.24575522 a.u -235.26494758 a.u -274.28204444 a.u -313.29913959 a.u Báo cáo Hóa tính tốn Job cpu time: days hours minutes 1.0 seconds File lengths (MBytes): RWF= 11 Int= D2E= Chk= Scr= Normal termination of Gaussian 03 at Fri May 19 00:03:54 2017 • Ethane : Job cpu time: days hours minutes 1.0 seconds File lengths (MBytes): RWF= 11 Int= D2E= Chk= Scr= Normal termination of Gaussian 03 at Fri May 19 00:10:10 2017 • Propane : Job cpu time: days hours minutes 2.0 seconds File lengths (MBytes): RWF= 11 Int= D2E= Chk= Scr= Normal termination of Gaussian 03 at Fri May 19 00:12:54 2017 • Buthane : Job cpu time: days hours minutes 2.0 seconds File lengths (MBytes): RWF= 11 Int= D2E= Chk= Scr= Normal termination of Gaussian 03 at Fri May 19 00:15:49 2017 • Penthane : Job cpu time: days hours minutes 2.0 seconds File lengths (MBytes): RWF= 11 Int= D2E= Chk= Scr= Normal termination of Gaussian 03 at Fri May 19 00:21:53 2017 • Hexane : Scr= Job cpu time: days hours minutes 3.0 seconds File lengths (MBytes): RWF= 11 Int= D2E= Chk= Normal termination of Gaussian 03 at Fri May 19 00:23:54 2017 • Hepthane: Job cpu time: days hours minutes 4.0 seconds File lengths (MBytes): RWF= 16 Int= D2E= Chk= Scr= Normal termination of Gaussian 03 at Fri May 19 00:25:38 2017 • Octhane: Job cpu time: days hours minutes 5.0 seconds File lengths (MBytes): RWF= 15 Int= D2E= Chk= Scr= Normal termination of Gaussian 03 at Fri May 19 00:27:32 2017 + Kích thước hàm sở : • Methane : Two-electron integral symmetry is turned on 17 basis functions, 38 primitive gaussians, basis functions alpha electrons beta electrons Page 11 17 cartesian Báo cáo Hóa tính tốn nuclear repulsion energy • Ethane : 13.6865185321 Hartrees Two-electron integral symmetry is turned on 30 basis functions, 68 primitive gaussians, 30 cartesian basis functions alpha electrons beta electrons nuclear repulsion energy 42.6704564597 Hartrees • Propane : Two-electron integral symmetry is turned on 43 basis functions, 98 primitive gaussians, 43 cartesian basis functions 13 alpha electrons 13 beta electrons nuclear repulsion energy 83.3206127130 Hartrees • Buthane : Two-electron integral symmetry is turned on 56 basis functions, 128 primitive gaussians, 56 cartesian basis functions 17 alpha electrons 17 beta electrons nuclear repulsion energy 131.8385493194 Hartrees • Penthane : Two-electron integral symmetry is turned on 69 basis functions, 158 primitive gaussians, 69 cartesian basis functions 21 alpha electrons 21 beta electrons nuclear repulsion energy 186.8071059652 Hartrees • Hexane : Two-electron integral symmetry is turned on 82 basis functions, 188 primitive gaussians, 82 cartesian basis functions 25 alpha electrons 25 beta electrons nuclear repulsion energy 246.4469646238 Hartrees • Hepthane: Two-electron integral symmetry is turned on 95 basis functions, 218 primitive gaussians, 95 cartesian basis functions 29 alpha electrons 29 beta electrons nuclear repulsion energy 310.5645098650 Hartrees • Octhane: Two-electron integral symmetry is turned on 108 basis functions, 248 primitive gaussians, 108 cartesian basis functions 33 alpha electrons 33 beta electrons nuclear repulsion energy 378.3578288827 Hartrees Đồ thị biểu diễn phụ thuộc thời gian vào số hàm sở số nguyên tử C tăng Page 12 Báo cáo Hóa tính tốn Số hàm sở 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Thời gian t (s) Bài Tối ưu hóa hình học phân tử sau mức lý thuyết BLYP/6-31G(d,p) Page 13 Báo cáo Hóa tính tốn a) b) c) d) e) Etilen (D2h) Floroetilen (Cs) 1,1-đifloroetilen (C2v) Cis 1,2-difloroetilen (C2v) Trans 1,2-difloroetilen (C2h) Hãy so sánh ảnh hưởng thông số cấu trúc (độ dài liên kết C–C, C–H, C–F; góc liên kết CCH, CCF) vào flo phân tử etilen nhận xét Trả lời Etilen (D2h) Optimization completed Stationary point found -! Optimized Parameters ! ! (Angstroms and Degrees) ! ! Name Definition Value Derivative Info ! -! R1 R(1,2) 1.0939 -DE/DX = -0.0001 ! ! R2 R(1,3) 1.0939 -DE/DX = -0.0001 ! ! R3 R(1,4) 1.34 -DE/DX = 0.0 ! ! R4 R(4,5) 1.0939 -DE/DX = -0.0001 ! ! R5 R(4,6) 1.0939 -DE/DX = -0.0001 ! ! A1 A(2,1,3) 116.264 -DE/DX = 0.0 ! ! A2 A(2,1,4) 121.868 -DE/DX = 0.0 ! ! A3 A(3,1,4) 121.868 -DE/DX = 0.0 ! ! A4 A(1,4,5) 121.868 -DE/DX = 0.0 ! ! A5 A(1,4,6) 121.868 -DE/DX = 0.0 ! ! A6 A(5,4,6) 116.264 -DE/DX = 0.0 ! ! D1 D(2,1,4,5) 180.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D2 D(2,1,4,6) 0.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D3 D(3,1,4,5) 0.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D4 D(3,1,4,6) 180.0 -DE/DX = 0.0 ! Page 14 Báo cáo Hóa tính tốn Floroetilen (Cs) Optimization completed Stationary point found -! Optimized Parameters ! ! (Angstroms and Degrees) ! ! Name Definition Value Derivative Info ! -! R1 R(1,2) 1.0905 -DE/DX = 0.0 ! ! R2 R(1,3) 1.0899 -DE/DX = 0.0 ! ! R3 R(1,4) 1.335 -DE/DX = 0.0 ! ! R4 R(4,5) 1.0936 -DE/DX = 0.0 ! ! R5 R(4,6) 1.3621 -DE/DX = 0.0 ! ! A1 A(2,1,3) 118.785 -DE/DX = 0.0 ! ! A2 A(2,1,4) 121.6984 -DE/DX = -0.0001 ! ! A3 A(3,1,4) 119.5166 -DE/DX = 0.0 ! ! A4 A(1,4,5) 125.6629 -DE/DX = 0.0 ! ! A5 A(1,4,6) 122.4936 -DE/DX = 0.0 ! ! A6 A(5,4,6) 111.8435 -DE/DX = 0.0 ! ! D1 D(2,1,4,5) 180.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D2 D(2,1,4,6) 0.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D3 D(3,1,4,5) 0.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D4 D(3,1,4,6) 180.0 -DE/DX = 0.0 ! Page 15 Báo cáo Hóa tính tốn 1,1-đifloroetilen (C2v) Cis 1,2-difloroetilen (C2v) Page 16 Báo cáo Hóa tính tốn Trans 1,2-difloroetilen (C2h) Optimization completed Stationary point found -! Optimized Parameters ! ! (Angstroms and Degrees) ! ! Name Definition Value Derivative Info ! -! R1 R(1,2) 1.0916 -DE/DX = -0.0002 ! ! R2 R(1,3) 1.3386 -DE/DX = 0.0002 ! ! R3 R(1,6) 1.3608 -DE/DX = 0.0004 ! ! R4 R(3,4) 1.0916 -DE/DX = -0.0002 ! ! R5 R(3,5) 1.3608 -DE/DX = 0.0004 ! ! A1 A(2,1,3) 125.0281 -DE/DX = 0.0 ! ! A2 A(2,1,6) 114.5705 -DE/DX = 0.0001 ! ! A3 A(3,1,6) 120.4014 -DE/DX = -0.0002 ! ! A4 A(1,3,4) 125.0281 -DE/DX = 0.0 ! ! A5 A(1,3,5) 120.4014 -DE/DX = -0.0002 ! ! A6 A(4,3,5) 114.5705 -DE/DX = 0.0001 ! ! D1 D(2,1,3,4) 180.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D2 D(2,1,3,5) 0.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D3 D(6,1,3,4) 0.0 -DE/DX = 0.0 ! ! D4 D(6,1,3,5) 180.0 -DE/DX = 0.0 ! -GradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad Page 17 Báo cáo Hóa tính tốn Input orientation: Center Atomic Atomic Coordinates (Angstroms) Number Number Type X Y Z -0.960195 -0.874305 0.000000 -0.480081 -1.854643 0.000000 -0.313683 0.297870 0.000000 -0.793797 1.278208 0.000000 1.046636 0.334026 0.000000 -2.320515 -0.910461 0.000000 - Ảnh hưởng thông số cấu trúc (độ dài liên kết C–C, C–H, C–F; góc liên kết CCH, CCF) vào flo phân tử etilen: Đối Phân tử R (C-C) R(C-H) xứng R(C-F) Góc CCH Góc CCF Etilen D2h 1.34 1.0939 Floroetilen Cs 1.335 1.0936 1.3621 125.6629 122.4936 1.3386 1.0916 1.3608 125.0281 120.4014 1,1 – Đifloroetilen Cis 1,2difloroetilen Trans 1,2difloroetilen 121.868 C2v C2v C2h Page 18 Báo cáo Hóa tính tốn Nhận xét : Qua bảng so sánh ta thấy : - Việc thay nguyên tử hidro flo (F) làm cho liên kết C nhóm (C-F) dài - Nó làm cho liên kết C-C ngắn hơn, dẫn đến liên kết trở nên mạnh góc liên kết CCF CCH lớn Việc thay đổi vị trí nguyên tử flo (F) làm ảnh hưởng đến thông số cấu trúc Cụ thể : 1,1 – Difloroetilen< Trans 1,2 –đifloroetilen< Cis 1,2đifloroetilen Bài A Hãy tối ưu hóa hình học tính tần số dao động phân tử NH dạng tháp dạng phẳng theo phương pháp BP86 hàm sở 6-311++G(d,p) Từ đó: - Hãy vẽ dao động Nh dạng tháp phẳng - Cho biết đặc trưng dạng bề mặt NH3 - Tính lượng hoạt hóa q trình chuyển cấu dạng NH3 B Hãy tối ưu hình học tính tần số dao động cấu dạng mức lý thuyết BLYP/6-31G(d,p) Xây dựng bề mặt trình chuyển cấu dạng mức lý thuyết BLYP/6-31G(d,p) Xây dựng bề mặt mức lý thuyết BLYP/6-31G(d,p), MP2 6-311++G(d,p) Tính lượng điểm đơn mức MP2/6-311++G(d,p) dựa hình học tối ưu mức BLYP/6-31G(d,p) Page 19 Báo cáo Hóa tính tốn Page 20 Báo cáo Hóa tính tốn Page 21 .. .Báo cáo Hóa tính tốn BÁO CÁO THỰC HÀNH Học phần Hóa học tính tốn Giảng viên HD : PGS.TS Vũ Thị Ngân Sinh viên : Phạm Lâm Bảo Toàn Lớp : Sư phạm Hóa K37 Quy Nhơn, tháng năm 2017 Page Báo cáo. .. tử C tăng Page 12 Báo cáo Hóa tính tốn Số hàm sở 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Thời gian t (s) Bài Tối ưu hóa hình học phân tử sau mức lý thuyết BLYP/6-31G(d,p) Page 13 Báo cáo Hóa tính tốn a)... ! Page 15 Báo cáo Hóa tính tốn 1,1-đifloroetilen (C2v) Cis 1,2-difloroetilen (C2v) Page 16 Báo cáo Hóa tính tốn Trans 1,2-difloroetilen (C2h) Optimization