5 quants / labN2 (O2,HCl)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МИРЭА – РОССИЙСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ТОНКИХ ХИМИЧЕСКИЙ ТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

Кафедра физической химии

им. Сыркина Я.К.

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №2

«Теоретическое изучение электронного и геометрического строения двухатомных молекул методом МО ЛКАО»

Выполнили:

Руководитель работы

Москва, МИТХТ 2018

Цель работы:

1) Расчет основных структурных параметров двухатомных молекул с использованием полуэмпирического метода MNDO.

2) Построение энергетических диаграмм двухатомной гомоядерной и двухатомной гетероядерной молекул по результатам теоретического расчета.

3) Построение и анализ граничных поверхностей молекулярных орбиталей и определение типов симметрии МО.

Объекты: O₂, HCl

Расчетный метод: полуэмпирический метод MNDO

Теоретическое введение:

Результаты расчета:

В лабораторной работе проводился расчет молекулярных характеристик молекул O₂ и НСl полуэмпирическим методом MNDO. С помощью программы HyperChem была собрана молекула и скорректирована ее геометрия. Полуэмпирическим методом MNDO был произведен квантово-химический расчет с оптимизацией геометрии.

Из расчета для O₂ были найдены:

• полная энергия E= -14795.126 ккал/моль,

• межъядерное расстояние r_е= 1.14034А⁰

• точечная группа симметрии молекулы D_∞h

• энергия ВЗМО= -6.064 (вид симметрии - 1π)

• энергия НСМО= 6.844 (вид симметрии - 3σ_g)

• разность энергий ВЗМО и НСМО: 6.844 -(-6.064)=12.908 эВ

Из расчета для НСl были найдены:

• полная энергия E= -8514.175 ккал/моль,

• межъядерное расстояние r_е=1.34822А⁰

• точечная группа симметрии молекулы С_∞v

• энергия ВЗМО= -13.00122 эВ (вид симметрии - 1π)

• энергия НСМО= 0.9273251 эВ (вид симметрии - 4σ ^*)

• разность энергий ВЗМО и НСМО: 13.9285451 эВ

• Дипольный момент: рассчитанный μ=1.478 D

HyperChem log start -- Mon Oct 29 16:10:15 2018.

Geometry optimization, SemiEmpirical, molecule = (O2).

MNDO

PolakRibiere optimizer

Convergence limit = 0.0100000 Iteration limit = 50

Accelerate convergence = YES

Optimization algorithm = Polak-Ribiere

Criterion of RMS gradient = 0.0010 kcal/(A mol) Maximum cycles = 30

RHF Calculation:

Triplet state calculation

The half-electron approximation will be used

Number of electrons = 12

Number of Double Occupied Levels = 5

Number of Single Occupied Levels = 2

Charge on the System = 0

Total Orbitals = 8

Starting MNDO calculation with 8 orbitals

E=-134.3720 kcal/mol Grad=0.000 Conv=YES(0 cycles 1 points) [Iter=1 Diff=0.00000]

Eigenvalues (eV) and Eigenvectors

Mol. Orbital 1 2 3 4 5 6

Symmetry: 1 SIG 1 SIU 2 SIG 1 PIU 1 PIU 1 PIG

Eigenvalue -48.70470 -30.04983 -19.21485 -17.47415 -17.47415 -6.06362

S O 1 0.64298 -0.67798 -0.29424 -0.00000 0.00000 -0.00000

Px O 1 -0.00000 -0.00000 -0.00000 -0.67487 -0.21108 -0.63126

Py O 1 0.29424 0.20084 0.64298 -0.00000 -0.00000 -0.00000

Pz O 1 -0.00000 -0.00000 -0.00000 0.21108 -0.67487 0.31862

S O 2 0.64298 0.67798 -0.29424 -0.00000 -0.00000 0.00000

Px O 2 0.00000 -0.00000 0.00000 -0.67487 -0.21108 0.63126

Py O 2 -0.29424 0.20084 -0.64298 -0.00000 -0.00000 0.00000

Pz O 2 0.00000 -0.00000 0.00000 0.21108 -0.67487 -0.31862

Mol. Orbital 7 8

Symmetry: 1 PIG 2 SIU

Eigenvalue -6.06362 6.84370

S O 1 -0.00000 -0.20084

Px O 1 0.31862 0.00000

Py O 1 0.00000 -0.67798

Pz O 1 0.63126 0.00000

S O 2 -0.00000 0.20084

Px O 2 -0.31862 0.00000

Py O 2 -0.00000 -0.67798

Pz O 2 -0.63126 0.00000

ENERGIES AND GRADIENT

Total Energy = -14795.1260118 (kcal/mol)

Total Energy = -23.577531170 (a.u.)

Binding Energy = -134.3719938 (kcal/mol)

Isolated Atomic Energy = -14660.7540180 (kcal/mol)

Electronic Energy = -23347.4540974 (kcal/mol)

Core-Core Interaction = 8552.3280856 (kcal/mol)

HE Energy Correction = -141.6111508 (kcal/mol)

Heat of Formation = -15.2539938 (kcal/mol)

Gradient = 0.0000419 (kcal/mol/Ang)

MOLECULAR POINT GROUP

D*H

EIGENVALUES(eV)

Symmetry: 1 SIG 1 SIU 2 SIG 1 PIU 1 PIU

Eigenvalue: -48.704704 -30.049826 -19.214850 -17.474150 -17.474150

Symmetry: 1 PIG 1 PIG 2 SIU

Eigenvalue: -6.063616 -6.063616 6.843699

ATOMIC ORBITAL ELECTRON POPULATIONS

AO: 1 S O 1 Px O 1 Py O 1 Pz O 2 S O

1.919326 1.500000 1.080674 1.500000 1.919326

AO: 2 Px O 2 Py O 2 Pz O

1.500000 1.080674 1.500000

NET CHARGES AND COORDINATES

Atom Z Charge Coordinates(Angstrom) Mass

x y z

1 8 0.000000 -0.26640 -0.45141 0.00000 15.99900

2 8 -0.000000 -0.26640 0.68893 -0.00000 15.99900

ATOMIC GRADIENTS

Atom Z Gradients(kcal/mol/Angstrom)

x y z

1 8 -0.00000 -0.00007 -0.00000

2 8 0.00000 0.00007 0.00000

Dipole (Debyes) x y z Total

Point-Chg. 0.000 -0.000 0.000 0.000

sp Hybrid -0.000 -0.000 0.000 0.000

pd Hybrid 0.000 0.000 0.000 0.000

Sum -0.000 -0.000 0.000 0.000

HyperChem log stop -- Mon Oct 29 16:10:28 2018.

ВЗМО молекулы O2

НСМО молекулы О2

HyperChem log start -- Mon Oct 29 16:58:29 2018.

Geometry optimization, SemiEmpirical, molecule = (HCl).

MNDO

PolakRibiere optimizer

Convergence limit = 0.0100000 Iteration limit = 50

Accelerate convergence = YES

Optimization algorithm = Polak-Ribiere

Criterion of RMS gradient = 0.0010 kcal/(A mol) Maximum cycles = 30

RHF Calculation:

Singlet state calculation

Number of electrons = 8

Number of Double Occupied Levels = 4

Charge on the System = 0

Total Orbitals = 5

Starting MNDO calculation with 5 orbitals

E=-96.3565 kcal/mol Grad=0.000 Conv=YES(2 cycles 11 points) [Iter=1 Diff=0.00000]

Eigenvalues (eV) and Eigenvectors

Mol. Orbital 1 2 3 4 5

Symmetry: 1 SI 2 SI 1 PI 1 PI 3 SI

Eigenvalue -25.36068 -17.07208 -13.00122 -13.00122 0.92732

S Cl 2 0.97089 -0.22131 -0.00000 0.00000 0.09157

Px Cl 2 -0.00000 -0.00000 -0.79230 0.61013 -0.00000

Py Cl 2 -0.11492 -0.76591 0.00000 -0.00000 -0.63259

Pz Cl 2 -0.00000 -0.00000 0.61013 0.79230 -0.00000

S H 1 0.21013 0.60366 0.00000 -0.00000 -0.76905

ENERGIES AND GRADIENT

Total Energy = -8514.1750007 (kcal/mol)

Total Energy = -13.568199845 (a.u.)

Binding Energy = -96.3565367 (kcal/mol)

Isolated Atomic Energy = -8417.8184640 (kcal/mol)

Electronic Energy = -9968.2017011 (kcal/mol)

Core-Core Interaction = 1454.0267004 (kcal/mol)

Heat of Formation = -15.2645367 (kcal/mol)

Gradient = 0.0000022 (kcal/mol/Ang)

MOLECULAR POINT GROUP

C*V

EIGENVALUES(eV)

Symmetry: 1 SI 2 SI 1 PI 1 PI 3 SI

Eigenvalue: -25.360676 -17.072082 -13.001219 -13.001219 0.927323

ATOMIC ORBITAL ELECTRON POPULATIONS

AO: 2 S Cl 2 Px Cl 2 Py Cl 2 Pz Cl 1 S H

1.983229 2.000000 1.199657 2.000000 0.817113

NET CHARGES AND COORDINATES

Atom Z Charge Coordinates(Angstrom) Mass

x y z

2 17 -0.182887 -0.87111 0.00511 0.00000 35.45300

1 1 0.182887 -0.87111 -1.34311 -0.00000 1.00800

ATOMIC GRADIENTS

Atom Z Gradients(kcal/mol/Angstrom)

x y z

2 17 -0.00000 -0.00000 -0.00000

1 1 0.00000 0.00000 0.00000

Dipole (Debyes) x y z Total

Point-Chg. -0.000 -1.184 -0.000 1.184

sp Hybrid -0.000 -0.294 -0.000 0.294

pd Hybrid 0.000 0.000 0.000 0.000

Sum -0.000 -1.478 -0.000 1.478

HyperChem log stop -- Mon Oct 29 16:59:44 2018.

ВЗМО молекулы HCl

НСМО молекулы HCl