CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thông số hình học của các monomer
3.2.3. Phân tích SAPT2+
Để hiểu rõ hơn bản chất cũng như sự đóng góp của các thành phần năng lượng vào năng lượng tương tác tổng trong các phức, chúng tôi tiến hành thực hiện phân tích SAPT2+ bằng phần mềm tính toán hóa học lượng tử Psi4 với bộ hàm cơ sở def2-TZVPP. Năng lượng tương tác của các phức được tách thành bốn thành phần chính: tương tác tĩnh điện (Eelst), tương tác trao đổi (Eexch), tương tác cảm ứng (Eind) và tương tác phân tán (Edisp). Tổng năng lượng tương tác theo phương pháp SAPT2+ được tính theo phương trình:
∆ESAPT2+ = Eelst + Eexch + Eind + Edisp
Kết quả tính toán SAPT2+ với bộ hàm cơ sở def2-TZVPP được liệt kê trong Bảng 3.5 và Hình 3.5. Trong tất cả các phức, có ba hợp phần năng lượng đóng góp chính vào việc làm bền phức, đó là: hợp phần tĩnh điện (Eelst), hợp phần cảm ứng (Eind) và hợp phần phân tán (Edisp). Trong đó, năng lượng tương tác tĩnh điện (đóng góp khoảng 50,7-59,4%) chiếm ưu thế hơn trong việc làm bền phức so với hai hợp phần còn lại: hợp phần cảm ứng (15,8- 24,9%) và hợp phần phân tán (đóng góp khoảng 17,9-27,7%).
Khi thay Z=O bởi Z=S, Se, Te, phần trăm đóng góp của hợp phần tĩnh điện giảm, trong khi đó phần trăm đóng góp của hợp phần phân tán lại tăng, minh chứng việc thay đổi thành phần nhận proton Z ảnh hưởng đến vai trò đóng góp của các hợp phần. Điều này cho thấy vai trò lớn hơn của hợp phần tĩnh điện trong việc ổn định phức O-n so với còn lại S/Se/Te-n, ngược lại vai trò hợp phần phân tán ở các phức S/Se/Te-n lớn hơn so với phức O-n. Việc bổ sung các phân tử H2O vào phức Z-1 làm giảm phần trăm đóng góp của hợp phần phân tán và làm tăng phần trăm đóng góp của hợp phần cảm ứng sau khi tạo phức, trong khi phần trăm đóng góp của hợp phần tĩnh điện hầu như không đổi khi n thay đổi từ 1 sang 2 và đến 3. Do đó có sự đóng góp lớn hơn của hợp phần cảm ứng so với thành phần phân tán trong việc ổn định các
phức khi các phân tử H2O được thêm vào hệ binary. Giá trị của năng lượng tương tác trao đổi khá cao trong khoảng 13,8–76,3 kJ.mol-1, cao hơn giá trị tuyệt đối của năng lượng tĩnh điện. Tuy nhiên, giá trị này vẫn chưa đủ làm mất hoàn toàn các giá trị năng lượng đóng góp sau khi hình thành phức. Thật vậy, tổng năng lượng tương tác tính theo phương pháp SAPT2+ có giá trị trong khoảng -17,5 đến -50,4 kJ.mol-1. Xu hướng thay đổi năng lượng tính theo cách tiếp cận SAPT2+ phù hợp với kết quả khi tính tại mức lý thuyết CCSD(T)/6-311++G(3df,2pd)//MP2/6-311++G(3df,2pd), trong đó năng lượng tương tác của hệ phức O-n có giá trị âm hơn nhiều so với hệ S/Se/Te-n, và càng âm khi n tăng từ 1 đến 3.
Bảng 3.5. Kết quả phân tích SAPT2+ của các phức tương tác giữa
CH3CHZ (Z=O, S, Se, Te) với nH2O (kJ.mol-1)
Phức Eelst Eind Edisp Eexch ∆ESAPT
O-1 -37,8 (59,4) -12,6 (19,7) -13,2 (20,8) 40,0 -23,6 S-1 -28,8 (54,1) -10,8 (20,3) -13,6 (25,6) 34,3 -18,9 S-1 -28,8 (54,1) -10,8 (20,3) -13,6 (25,6) 34,3 -18,9 Se-1 -26,5 (52,9) -10,2 (20,4) -13,4 (26,8) 32,6 -17,5 Te-1 -18,0 (56,5) -5,0 (15,8) -8,8 (27,7) 13,8 -18,1 O-2 -61,9 (58,4) -24,3 (22,9) -19,8 (18,7) 64,3 -41,7 S-2 -49,4 (54,2) -21,7 (23,9) -19,9 (21,9) 57,0 -34,0 Se-2 -46,6 (53,5) -20,9 (23,9) -19,7 (22,5) 54,8 -32,4 Te-2 -35,5 (57,7) -12,1 (19,9) -13,6 (22,4) 27,9 -33,0 O-3 -73,0 (57,6) -31,1 (24,5) -22,6 (17,9) 76,3 -50,4 S-3 -55,1 (51,8) -26,4 (24,8) -25,0 (23,4) 64,2 -42,3 Se-3 -51,0 (50,7) -25,1 (24,9) -24,6 (24,4) 60,7 -40,0 Te-3 -41,7 (56,6) -14,1 (19,1) -17,9 (24,3) 30,6 -43,0
Giá trị trong dấu ngoặc đơn là phần trăm (%) đóng góp của các hợp phần năng lượng tương ứng vào năng lượng làm bền phức
Hình 3.5. Phần trăm (%) đóng góp của các hợp phần khác nhau trong việc làm bền
các phức CH3CHZ∙∙∙nH2O (Z=O, S, Se, Te; n=1, 2, 3)