Ta đã biết phân tử đạt cấu trúc cân bằng khi năng lượng đạt giá trị cực tiểu,
cho phép chúng ta xác định được các đồng phân và trạng thái cân bằng chuyển tiếp.
Trên cơ sở đó ở đây tác giả tiến hành khảo sát mặt phẳng thế năng (Potential Energy
Surface_viết tắt PES) để xác định đồng phân, trạng thái chuyển tiếp trong quá trình
chuyển đồng phân HCN/HNC. Mặt phẳng thế năng được dùng với phưong pháp gần đúng Bom-Oppenheimer trong cơ học lượng tử và cơ học thống kê để mô hình
phản ứng hóa học và tương tác qua lại trong hệ thống hóa học và vật lý đơn giản.
Mặt thế năng
Tên gọi “(hyper) suríace” có từ việc năng lượng toàn phần của sự sắp xếp nguyên tử có thể được biểu hiện bằng một đường hay mặt phẳng, với vị trí của nguyên tử được coi là biến. Tuy nhiên, những mặt thế năng đơn giản (mặt thế
mà có
thể tìm được từ tính đối xứng) chỉ cung cấp sự mô tả phù họp với những hệ hóa học
đơn giản nhất. Đe mô tả một phản ứng hóa học thực tế, mặt thế năng phải được hình
Cấu trúc mặt thế năng
• Vị trí năng lượng thấp nhất tương ứng với cấu trúc cân bằng.
• Điểm yên ngựa bậc nhất tương ứng với trạng thái chuyển tiếp
Điểm uốn Câu trúc
chuyền tiếp A
Điểm yên ngụa bậc 2 Cấu trúc chuyển tiếp B Năng lượng cực tiểu- cấu -0.5 Năng lượng cực tiểu- cấu
Trong luận văn này tác giả nghiên cứu mặt thế năng đối với trường hợp cụ thể
là phân tử HCN cùng với đồng phân của nó là HNC. Việc khảo sát mặt phẳng thế
Hình 2.3.7: Các bước tiến hành khảo sát mặt phẳng thế năng
Hydrogen cyanide và quá trình chuyển đổi của nó sang đồng phân hydrogen
isocyanide HNC gần đây là đối tượng khảo sát của nhiều công trình khoa học vì nhiều đặc điểm thuận lợi để khảo sát: (i) cả hai đồng phân đều là phân tử thẳng cho
nên với mỗi phân tử chúng ta có hai tham số cấu trúc là khoảng cách R] của liên kết
C-N và khoáng cách R2 của liên kết H với c hoặc N. (ii) Bên cạnh đó, thực nghiệm
chứng tỏ rằng HCN có mặt trong bầu khí quyển, chiếm một thành phần nhỏ và với
sự tăng cao nhiệt độ thì một phần chuyển sang HNC. Các quan sát cho thấy trong
thành phần khí quyển của các sao carbon lạnh có chứa nhiều HCN, trong điều
Phương pháp gần đúng Born - Oppenheimer
Phương pháp gần đúng Bom - oppenheimer giả sử rằng tách biệt chuyển động điện tử và hạt nhân trong phân tử. Điều này dẫn đến hàm sóng của phân tử theo vị trí của
electron r. và vị trí của hạt nhân Rj
^ phantu 5 electron rhatnhan ) (1) Điều này bao hàm những giả thuyết sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• Chuyển động của hạt nhân chậm hơn rất nhiều so với chuyển động của electron
vì thế ta có thể coi như hạt nhân được giữ cố định.
• Chuyển động của hạt nhân (chẳng hạn: sự quay, sự dao động) như một thế
nhiễu
Quá trình đồng phân hóa HCN/HNC
Trên hình thể hiện mặt thế năng (PES) của phân tử HCN với sự thay đổi vị trí của hạt nhân H, thể hiện qua khoảng cách R và góc 0H. Mặt thế năng này thu được bằng phương pháp DFT với phiếm hàm lai hóa B3LYP và hệ hàm cơ sở dạng Gauss 6-31+G (d,p). Ta thấy có hai vị trí hố thế năng thể hiện trạng thái cân bằng
của HNC và trạng thái meta-stable HCN tại các góc 0H = 0° và ỡu = 180°. Ngoài ra
Hình 2.2.8b SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên
11 .0 5 1. 25 0 1.2 20 1.2 00 1.0 00 0. 80 00 06 00 0 0 (degrees)
Trên hình biểu diễn mặt thế năng HCN-HNC theo R = R-H-CN là khoảng cách
giữa nguyên tử Hydro và khối tâm của phần gồm hai nguyên tử c, N và 0 là góc
giữa R và trục liên kết CN.
Từ thực nghiệm đã chứng tỏ rằng tồn hại hai đồng phân HCN và HNC. Và
Mục III