Modern Fizika Labor Fizika BSc
A mérés dátuma:
Értékelés:
A mérés száma és címe: 13. mérés:
2008. április 29.
A beadás dátuma:
Molekulamodellezés PC-n
A mérést végezte: Ocskán Soma, Puszta Adrián
2008. május 6.
1/5
Molekulamodellezés
A mérés célja A mérés célja az volt, hogy megismerkedjünk a molekulamodellezéssel, annak módszereibe, és gyakorlatába egyaránt. A modellezéshez a PC Spartan Plus programot használtuk. A laborgyakorlaton különbözõ molekulákat vizsgáltunk többféle számítási eljárással, majd a kapott eredményeket fizikai szempontból kiértékeltük. A mérés menete 1.) A mérés elsõ részében kétatomos molekulák optimális geometriáját és alapállapoti energiáját számoltattuk ki szinglett és triplett állapotban is. A két molekula távolságát d-vel, alapállapoti energiáját E0-lal jelöljük (1 au = 931.5 MeV). A számításokat Hartree-Fock közelítésben végeztettük. a) H2 molekula dszinglett = 0.735 angström (továbbiakban: A) E0 szinglett = -1.13249091 atomi egység (au) dtriplett = 3.423 A E0 triplett = -0.999456823 au Mivel a szinglett állapot energiája alacsonyabb, ezért ez az igazi alapállapot. b) N2 molekula dszinglett = 1.071 A E0 szinglett = -108.974088 au dtriplett = 1.189 A E0 triplett = -108.703575 au Itt szintén a szinglett állapot az alapállapot c) O2 molekula dszinglett = 1.154 A E0 szinglett = -149.579234 au dtriplett = 1.158 A E0 triplett = -149.664141 au Az oxigénnél a triplett állapot energiája kisebb, ezért ennél ez az alapállapot. Az oxigénnek tehát van eredõ spinje, és ezt onnan is lehet tudni, hogy paramágneses anyag. d) F2 molekula dszinglett = 1.329 A E0 szinglett = -198.737285 au dtriplett = 1.640 A E0 triplett = -198.671513 au A szinglett állapot az alapállapot.
Mérés ideje: 2008. április 29.
2/5
Készítette: Ocskán Soma, Puszta Adrián II. éves fizikusok
Molekulamodellezés
2.) Második mérési feladatunk volta víz (H2O) vizsgálata volt, ezen belül: meghatározni az optimális geometriát, alapállapoti energiáját, rezgési módusait és dipólmomentumát. Ebben az esetben is Hartree-Fock közelítést alkalmaztunk. A hidrogén-oxigén távolság: d H-O = 0.941 A A kötési szög: α = 106.19° a három rezgési módus frekvenciája: ν1 = 1727.43 1/cm ν2 = 4141.35 1/cm ν3 = 4243.11 1/cm E0 szinglett = -76.0533052 au E0 triplett = -75.9144904 au A szinglett állapot az alapállapot. a dipólmomentum = 2.197 debye = 2.197*3.33564*10-30 Cm (Coulomb*méter) = = 7.328*10-30 Cm Az optimális geometriai elrendezés, mint az ábrákon látható, a V alak. A dipólmomentum nem nulla, ezért a molekulák ellentétes töltésükkel egymás felé fordulnak. Az egymáshozközelebb került molekulák hidrogénjei így nem csak az oxigénatom elektronfelhõjét húzzák maguk felé, hanem a szomszédos molekulákat is, így alakul ki a hidrogénkötés.
Mérés ideje: 2008. április 29.
3/5
Készítette: Ocskán Soma, Puszta Adrián II. éves fizikusok
Molekulamodellezés
3.) A mérés harmadik felében a benzolmolekulát vizsgáltuk. Feladatunk volt kiszámítani az optimális geometriát, az alapállapoti energiát és a radiális rezgési módusokat. Hartree-Fock közelítést alkalmaztunk. Az optimális geometria a síkbeli hatszöges elrendezõdés volt. Három szénmolekula közti szög is 120° volt, és a H-C-C szög is 120° volt. A C-C távolság: dC-C = 1.385 A, a H-C távolság: dH-C = 1.072 A. E0 = -229.419445 au rezgési módusok (a 30 összesbõl a 2 radiális módus): ν1 = 738.08 1/cm (a H és C atomok azonos fázisban mozognak) ν2 = 2629.21 1/cm (a H és C atomok ellentétes fázisban mozognak)
4.) Következõ mérési feladatunk volt a buckminsterfullerén-molekula vizsgálata. Feladatunk volt meghatározni az optimális geometriát és a képzõdéshõt. Szemiempirikus közelítést alkalmaztunk. A molekulát úgy készítettük el, hogy benzolmolekulákat kapcsoltunk egymáshoz, melyekbõl kivettünk 1-1 szénatomot, majd a megfelelõ atomok közt kötést hoztunk létre. Így optimalizálás után egy "futball labda - alakú" lett a fullerénmolekula. egy ötszög oldala: dötszög = 1.464 A két ötszöget összekötõ kötés hossza: d2 = 1.385 A az ötszög egy belsõ szöge: αötszög = 108° a hatszög egy belsõ szöge: αhatszög = 120° A molekula nagyfokú szimmetriája (ikozaéder csoport: IH) miatt ezek az adatok elegek a jellemzéséhez. Eképzõdés = 973.336985 kcal/mol = 4.070495 J/mol
Mérés ideje: 2008. április 29.
4/5
Készítette: Ocskán Soma, Puszta Adrián II. éves fizikusok
Molekulamodellezés
5.) Az utolsó mérési feladat az all-transz-hexatrién vizsgálata volt. Itt is az optimális geometriát és a képzõdéshõt kellett kiszámoltatni a programmal, valamint megfigyelni, hogy mi történik, ha egyre növeljük a láncot. 1 egység: Ek = 42.9081098 kcal/mol dkettõs kötés = 1.336 A degyszeres kötés = 1.448 A α = 123.35° 2 egység Ek = 81.5700855 kcal/mol α = 123.36° a kötéstávokat a molekula belsejében mértük, ott nem változtak 3 egység Ek = 120.203133 kcal/mol dkettõs kötés = 1.347 A degyszeres kötés = 1.444 A α = 122.89° 6 egység Ek = 236.109684 kcal/mol αközépen = 122.84° αszélen = 123.36° A képzõdéshõ a molekula hosszával egyenes arányban változik, ami nem meglepõ, hiszen több kötést kell létrehozni az atomok közt. Ha több egységet raktunk össze az alap molekulából, észrevettük, hogy a molekula szélétõl kb. 4 atomnyira és beljebb már nem változik a kötésszög, hiába növeljük az egységek számát. Ezért tekinthetõ végtelen láncként egy véges elembõl álló molekula.
Mérés ideje: 2008. április 29.
5/5
Készítette: Ocskán Soma, Puszta Adrián II. éves fizikusok
