Centre for Theoretical and Computational Chemistry. Trygve Helgaker Universitetet i Oslo

Transkript

1 Centre for Theoretical and Computational Chemistry Trygve Helgaker Universitetet i Oslo

2 Centre for Theore+cal and Computa+onal Chemistry Kjemi med beregninger og simuleringer i sentrum

3 Numeriske simuleringer: den tredje veien Teori, eksperiment og beregninger - tolkning og forutsigelser av eksperimenter - et alterna6v 6l (kostbar eller umulige) eksperimenter - de9e er et generelt utviklingstrekk i alle fag

4 Beregninger i kjemien Simuleringer av kjemiske systemer og prosesser - 40% av alle ar6kler i Journal of American Chemical Society stø9es av beregninger

5 Ledelse, bemanning og arbeidspakker* *inkluderer NFR- og ERC-prosjekter Ledelse K Ruud & T. Helgaker T. Helgaker & B.-O. Brandsdal S. Eide og J. I. Johnsen Bemanning prof./1.- aman forskere postdocs PhD- studenter masterstudenter kontorsjef assosierte prof./1-.aman. II Arbeidspakker Large periodic and non- periodic systems Mul6scale methods with wavelets Proper6es and spectroscopy Dynamics and 6me development Bioinorganic chemistry Catalysis and organometallic chemistry Bimolecular modelling

6 Kvantemekanikk Kjerner og elektroner følger kvantemekanikkens lover deres oppførsel er bestemt av deres bølgefunksjon Ψ bølgefunksjonen og energien fås ved å løse Schrödinger- ligningen H Ψ n = E n Ψ n Det fins mange slike løsninger, svarende 6l ulike 6lstander et kvantesprang er hopp mellom to kvante6lstander energien ved kvantesprang bevares ved emisjon eller absorpsjon av fotoner

7 Kjemisk binding Hvordan kan nøytrale atomer bindes sammen i molekyler? Hvis elektronene er mellom kjernene, så vil kjernene trekkes mot hverandre Hvis elektronene er andre steder, så vil kjernene frastøte hverandre Kjemisk binding er altså avhengig av elektronenes tilstand i bindende tilstander har vi økt elektrontetthet mellom kjernene I antibindende tilstander har vi redusert elektrontetthet mellom kjernene

8 Stabile og ustabile molekyler Elektronenes 6lstand bestemmer molekylets egenskaper En bindende 6lstand gir stabilt molekyl, med en gi9 struktur En an6bindende 6lstand gir ustabilt molekyl, som umiddelbart går i stykker

9 Molekyler i magnedelt Binding er et resultat av elektrosta6ske kre[er frastø6ng og 6ltrekning mellom ladete par6kler avhengig av deres avstander I et pålagt magne\elt oppstår nye kre[er disse kre[ene er avhengige av par6klenes bevegelser og deres spinn Magne6sme utny9es i mange sammenhenger blant annet magne6c resonance imaging og i mange spektroskopiformer Men kan et magne\elt påvirke kjemisk binding? slike effekter er ikke observert i laboratorier

10 DALTON og LONDON Vi utvikler nye kvantekjemiske metoder avanserte kvantemekaniske simuleringer av elektroner slike beregninger er i dag bli9 standardverktøy i kjemien DALTON- programmet beny9es verden over Beregninger u\øres utelukkende uten magne\elt beregninger i magne\elt er mer kompliserte det er vanskelig å gi en uniform beskrivelse LONDON er utviklet for beregninger i magne\elt molekyler kan studeres i vilkårlige magne\elt et spin- off fra arbeid i WP1 for store systemer

11 Et nyi fenomen: magne+sk binding Våre beregninger på H 2 ga overraskende resultater I den bindende 6lstanden styrkes molekylet og orienteres langs feltet I den an6bindende 6lstanden bindes molekylet og orienteres normal på feltet Lange, Tellgren, Hoffmann, Helgaker: Science 337, 327 (2012) B N S Hva er mekanismen bak magne6sk binding? i den an6bindende 6lstanden har elektronene en guns6g rotasjon i feltet denne rotasjonen er størst når de to atomene er nær hverandre binding oppstår når atomene trekkes mot hverandre for å øke rotasjonen

12 Hvite dverger Magne6sk binding krever meget sterke magne\elt oppstår når magne6ske og elektriske kre[er er like store de9e krever magne\elt 1000 sterkere enn i laboratorier Slike felt oppstår i hvite dvergers atmosfærer magne\elt 10 5 Tesla kan molekyler der observeres fra jorden?

13 Mange medieoppslag

14

15

16 Kan molekyler observeres på hvite dverger? Hvite dverger har svært høye temperaturer Typisk l 40000K Sam6dig har de svært høye trykk Nylig er H 2 observert på hvite dverger (uten sterke magne\elt)

17 CTCC: en delt SFF Delt brukes her i betydningen eiet i fellesskap et delt senter har skapt muligheter som ellers ikke hadde vært der to ins6tusjoner berikes Hvordan skapes et reelt fellesskap? overlappende faglig interesser, men ulike orienteringer to årlige fellesmøter for alle medlemmer ukentlige seminarer video- overføres Almlöf Gropen seminar felles gjester

18 Kvinner i kvantekjemi Vi har en meget lav kvinneandel (15%) ingen norsk Professor- II s6llinger forbeholdt kvinner Prof. Odile Eisenstein (Montpellier) Prof. Benede9a Mennucci (Pisa) Vi har arrangert et møte for promotering av kvinner i kvantekjemi Et lignende møte arrangeres i Oslo i 2014