دانشگاه اراك
دانشكده علوم پایه
كارشناسی ارشد شیمی (گرایش شیمی- فیزیک)
مطالعه تئوری برهمکنش در کلاسترهای H2SO4…HNO…(H2O)n (n = 0-2)
استاد راهنما:
دکتر محمد سلیماننژاد
استاد مشاور:
دکتر وحید مهدوی
تابستان 1392
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده
فصل اول: مقدمه و تئوری
مقدمه. 2
نگاهی به شیمی محاسباتی.. 2
1- روشهای محاسباتی.. 3
1-1) روش مبتنی بر مکانیک مولکولی(MMM ) 3
1-2) روش مبتنی بر ساختار الکترونی (ESM) 4
تقریب بورن- اپنهایمر. 5
1- روشهای نیمه تجربی.. 6
3- روشهای تابعیت چگالی.. 6
الف- تئوری تغییر. 7
ب- تئوری اختلال.. 8
1-2-1) روش نیمه تجربی (SEM) 8
1-2-2) روش از آغازین.. 9
1-2-2-1) تقریب هارتری.. 10
1-2-2-2) تقریب هارتری- فاک… 11
1-2-2-3) روش هارتری- فاک برای مولکولها 12
1-2-2-4) همبستگی الکترونی.. 13
1-2-2-4-2)برهمکنشهای پیکربندی (CI) 16
1-2-2-4-3) خوشه های جفت شده (CC) 17
1-2-3) روشهای تابعیت چگالی ( DFT ) 17
1-3) مجموعههای پایه. 18
1-3-2) اوربیتالهای گوسینی.. 19
1-3-3) توابع قطبیده 20
1-3-4) توابع پخشیده 21
1-3-5) مجموعه پایه همبستگی سازگار 21
1-3-6) خطای ناشی از برهمنهی مجموعه پایه BSSE.. 22
1-4) تئوری اتمها در مولکولها 25
فصل دوم: تئوری و مروری بر تحقیقات گذشته
2-1) شیمی اتمسفر محاسباتی.. 29
2-2) پیوند هیدروژنی.. 30
2-3) جا به جایی آبی و بررسی منشاء آن.. 31
2-4) مروری بر مطالعات انجام شده 37
فصل سوم: مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4…HNO…(H2O)n(n = 0-2)
3-1) جزئیات محاسباتی.. 40
3-2) نتایج و بحث محاسبات نظری.. 42
3-2-1) کلاستر H2SO4…HNO… 42
3-2-2) کلاسترهایH2SO4…HNO…H2O… 44
3-2-3) کلاسترهای H2SO4…HNO…(H2O)2 49
3-2-4) آنالیز فرکانس ارتعاشی.. 58
3-2-5) آنالیز برهمکنش چند-جسمی.. 60
3-2-6) آنالیز انرژی برهمکنش…. 63
3-2-7) بحث و نتیجهگیری.. 65
منابع و مراجع.. 66
پیوست
چکیده به زبان انگلیسی
عنوان به زبان انگلیسی
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1) دستهبندی نقاط بحرانی براساس ماتریس Hessian.. 26
جدول 2-1) ثابتهای نیروی غیرقطری (KA-X,A-H) برحسب mdyn Å-1 برای هیدریدهای سه اتمی (برگرفته از مرجع43) 36
جدول3-2-1) خواص نقاط بحرانی پیوند بین مولکولی ساختار R در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 43
جدول 3-2-2) انرژی پایداری (kcal/mol)، ساختار بهینه شده R در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 43
جدول3-2-3) خواص نقاط بحرانی پیوند بین مولکولی ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…H2O در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 47
جدول 3-2-4) انرژی پایداری (kcal/mol) و انرژی نسبی (kcal/mol)، ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…H2O در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 48
جدول3-2-5) خواص نقاط بحرانی پیوند بین مولکولی ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…(H2O)2 در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 55
جدول 3-2-6) انرژی پایداری (kcal/mol)و انرژی نسبی (kcal/mol)، ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…(H2O)2 در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 58
جدول 3-2-7) تغییر طول (Å)و زاویه پیوند مولکول HNO، جا به جایی آبی فرکانس کششی پیوند N-H (1-cm) در ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…(H2O)n(n = 0-2) در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 59
جدول 3-2-8) تجزیه انرژی برهمکنش (kcal/mol) در پایدارترین و ناپایدارترین کلاسترهای سهتایی 61
جدول 3-2-9) تجزیه انرژی برهمکنش (kcal/mol) در پایدارترین و ناپایدارترین کلاسترهای چهارتایی 62
جدول 3-2-10) مؤلفه های EDA (kcal/mol) برای انرژی برهمکنش ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…(H2O)n (n = 0-2) در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 64
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل 1-1) نقاط بحرانی در دو بعد…………………………………………………………………………………………..25
شکل 1-2) نقاط بحرانی پیوند BCP برای مولکول فرمالدهید.. 26
شکل 1-3) نقطه بحرانی حلقهای برای کمپلکس حاصل از دو مولکول فرمالدهید.. 27
شکل 2-1) شکل شماتیک انتقال دانسیته الکترون، δe-، در کمپلکس پیوند هیدروژنی با جا به جایی آبی (A) و جا به جایی قرمز (B) 33
شکل 2-2) فاصلههای A-H بهینه شده براساس روبش A-X در هیدریدهای سه اتمی (برگرفته از مرجع43) 35
شکل 3-2-1) کلاستر بهینه شده R در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ (فاصلههای بین مولکولی بر حسب آنگستروم) 42
شکل 3-2-2) گراف مولکولی ساختار R در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 42
شکل 3-2-3) ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…H2O در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ (فاصلههای بین مولکولی برحسب آنگستروم) 45
شکل 3-2-4) گراف مولکولی ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…H2O در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 46
شکل 3-2-5) ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…(H2O)2 در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ (فاصلههای بین مولکولی بر حسب آنگستروم) 51
شکل 3-2-6) گراف مولکولی ساختارهای بهینه شده H2SO4…HNO…(H2O)2 در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ.. 53
شکل 3-2-7) نمودار دانسیته الکترونی در نقاط بحرانی پیوند هیدروژنی O…H در مقابل فاصله بین مولکولی O…H در تمام کلاسترهای مطالعه شده…..57
چکیده
در کار حاضر، به مطالعه تئوری ساختارهای پایدار، انرژیهای پیوند و نحوه برهمکنش در کلاسترهای H2SO4…HNO…(H2O)n (n = 0-2) در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ پرداخته شد. حضور یک و دو مولکول H2O، برهمکنش میان دو مولکول HNO و H2SO4 را تقویت نموده و این نشان دهنده نقش مثبت مولکول H2O در گرفتن و به دام انداختن مولکول HNO توسط ذرات معلق H2SO4 میباشد. تئوری AIM به منظور نشان دادن مسیر برهمکنشها و دانسیته الکترونی نقاط بحرانی پیوند کلاسترها بکار برده شد و سپس به آنالیز برهمکنش چند-جسمی پرداخته شد. انقباض طول پیوند و جا به جایی آبی فرکانس کششی پیوند N-H، در نتیجهی تشکیل پیوند هیدروژنی اتفاق میافتد. براساس آنالیز EDA نشان داده شده است که اثرات الکترواستاتیک و قطبش در انرژی پایداری کلاسترها سهم بیشتری دارند.
فصل اول
مقدمه
یکی از پایههای فیزیک جدید مکانیک کوانتومی میباشد. عبارت مکانیک کوانتومی اولین بار در سال 1924 توسط بورن مطرح شد [1]. مکانیک کوانتوم، توصیف صحیح از رفتار الکترونها میباشد. از دیدگاه تئوری، در مکانیک کوانتومی هر خاصیت اتم منفرد یا مولکول دقیقا قابل پیش بینی میباشد، اما عملا معادلات مکانیک کوانتومی برای هیچ سیستم شیمیایی به جز اتم هیدروژن به طور دقیق حل نشده است [2].
شیمی کوانتومی دانش کاربرد مکانیک کوانتوم در مسائل مربوط به شیمی میباشد. به عنوان مثال در زمینه شیمی فیزیک از مکانیک کوانتوم در موارد زیر استفاده میشود :
* محاسبه خواص ترمودینامیکی گازها( مانند انتروپی، ظرفیت گرمایی)
* تفسیر طیفهای مولکولی، به منظور کمک به تعیین خواص مولکولی ( مانند طول، زوایای پیوندی و ممانهای دوقطبی)
* بررسی و محاسبه خواص حالتهای گذار در واکنشهای شیمیایی، به منظور تخمین ثابت سرعت [3].
نگاهی به شیمی محاسباتی
با گذشت زمان نیاز به علوم کامپیوتری در جهان بیشتر میشود. در زمینه علوم پایه، علوم کامپیوتری گامهای موثری برداشته و گواه این امر طراحی و تولید صدها نرمافزار است، که با نرم افزارها، محاسبات راحتتر انجام میشود.
شیمی محاسباتی[1] که به آن مدل سازی مولکولی[2] نیز میگویند، تلاش مینماید نتایج مرتبط با مسائل شیمیایی را با بهره گرفتن از کامپیوتر بدست آورد. سوالهایی که به طور کلی به صورت محاسباتی مورد بررسی قرار میگیرند، عبارتند از:
* ساختار مولکولی (Molecular geometry )
* انرژی مولکولها وحالتهای گذار
* فعالیتهای شیمیایی (Chemistry reactivity)
* طیفهای NMR, UV, IR
* برهم کنشهای یک ماده با آنزیم و خصوصیات فیزیکی مواد [1].
1- روشهای محاسباتی:
در شیمی محاسباتی روشها به دو دسته تقسیم میشوند:
1- روش مبتنی بر مکانیک مولکولی[3] MMM
2- روش مبتنی بر ساختار الکترونی[4] ESM
در هر دو روش ذکر شده محاسبات پایهای یکسانی انجام میگیرد:
1- محاسبات انرژی برای یک ساختار مولکولی خاص
2- انجام بهینه سازی ساختار هندسی که در کمینه سطح انرژی پتانسیل قرار میگیرد.
3- محاسبه بسامدهای ارتعاشی که در اثر حرکات درونی مولکولها پدید میآید [4].
تعداد صفحه : 98
قیمت :14700 تومان
