KJM2600-Laboratorieoppgave 1

Like dokumenter
Computerøvelse. Eksperiment 2. Ina Molaug og Anders Leirpoll

KJM2600-Laboratorieoppgave 2

TKJ4170 Midtsemesterrapport

KJM-MEF Modul 3 Kvantekjemiske metoder

KJM Molekylmodellering

BOKMÅL NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI KJ1041 KJEMISK BINDING, SPEKTROSKOPI OG KINETIKK HØSTEN 2010

KJM2600-Laboratorieoppgave 4

KJM Molekylmodellering. Semi-empiriske metoder - repetisjon. Generell ytelse

Eten % 1.2%

Teoretisk kjemi. Trygve Helgaker. Centre for Theoretical and Computational Chemistry. Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo. Onsdag 13.

KJM Molekylmodellering. Molekylorbitalteori - repetisjon. Variasjonsprinsippet. Kvantemekanikk. systemet

KJM-MEF Modul 3 Kvantekjemiske metoder

KJM Molekylmodellering. Basissett - repetisjon. Basissett oppsummert. Hartree Fock-grensen

Eksamensoppgåve i KJ1041 Kjemisk binding, spektroskopi og kinetikk

Eten. Innledning. TFY4215 Innføring i kvantefysikk Øving 11 Molekylfysikk

KJM-MEF Modul 3 Kvantekjemiske metoder

KJM-MEF Modul 3 Kvantekjemiske metoder. Repetisjon. Kvantekjemiske metoder. Basissett oppsummert

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

KJM Molekylmodellering. Korrelerte metoder - repetisjon. Korrelerte metoder

KJM Molekylmodellering

FY1006 Innføring i kvantefysikk og TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk Våren 2009 Kjemisk fysikk Øving 1 Innleveringsfrist: Mandag

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

KJM Molekylmodellering. Molekylmekanikk. Oversikt. Introduksjon

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

KJM Molekylmodellering. Monte Carlo simuleringer og molekyldynamikk - repetisjon. Statistisk mekanikk

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2014

KJM Molekylmodellering

Dette gir ingen informasjon om hvor en nukleofil vil angripe.

KJM-MEF Modul 3 Kvantekjemiske metoder. Repetisjon. Geometrioptimering. Hartree Fock

KJM Molekylmodellering

TFY4215_S2018_Forside

Oppgave 1 (Teller 34 %) BOKMÅL Side 1 av 5. NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt for fysikk

UNIVERSITETET I OSLO

Eten. Innledning. TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk Våren 2006 Kjemisk fysikk Øving 1 Innleveringsfrist, gruppe 1: gruppe 2:

UNIVERSITETET I OSLO

FY1006 Innføring i kvantefysikk og TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk Våren 2009 Kjemisk fysikk Øving 2 Innleveringsfrist: Mandag

UNIVERSITETET I OSLO

KJM Molekylmodellering

S N 2-reaksjon. Dette gir ingen informasjon om hvor en nukleofil vil angripe.

NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KJEMI

Institutt for fysikk. Eksamensoppgave i TFY4215 Innføring i kvantefysikk

KJM2600-Laboratorieoppgave 5

KJM Molekylmodellering. Hartree Fock - repetisjon. Hartree Fock. Hartree Fock

UNIVERSITETET I OSLO

S N 2-reaksjon. Br- + ClCH3 BrCH3 + Cl-

KJM3000 vår 2013 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FY1006 INNFØRING I KVANTEFYSIKK/ TFY4215 INNFØRING I KVANTEFYSIKK Lørdag 13. august 2011 kl

Forelesningsnotat om molekyler, FYS2140. Susanne Viefers

Atommodeller i et historisk perspektiv

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl. 10:00 og kl. 12:30

F F. Intramolekylære bindinger Kovalent binding. Kjemiske bindinger. Hver H opplever nå å ha to valenselektroner og med det er

KJM Molekylmodellering. Molekyler i løsning. Introduksjon. Introduksjon

KJM Molekylmodellering

KJM Molekylmodellering

LEGEMIDLER OG ORGANISK KJEMI IDENTIFISERING AV AKTIVT STOFF I PARACET

MNF, UiO 24 mars Trygve Helgaker Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo

KJM3000 H-2017 løsningsforslag

KJM Molekylmodellering. Introduksjon. Molekylmodellering. Molekylmodellering

Kvantemekanikk på datamaskiner: kjemiens nye verktøy

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, Bindingsteori - atomorbitaler

Kjemiske bindinger. La oss demonstrere ved hjelp av eksempler

KJM3000 H-2018 løsningsforslag

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, Bindingsteori - atomorbitaler

Det enkleste svaret: Den potensielle energien er lavere dersom det blir dannet binding.

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen 29. mai 2010 FY1006 Innføring i kvantefysikk/tfy4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK 26. mai 2006 kl

Kondenserte fasers fysikk Modul 2

KJM-MEF Modul 3 Kvantekjemiske metoder

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK onsdag 5. august 2009 kl

4.6 NMR og MS. H. Aschehoug & Co. side 1 av Figuren viser strukturen og 1 H-NMR-spekteret til etanal: 4.74

UNIVERSITETET I OSLO

Kvantekjemi kjemiens nye verktøy

Oppgave 1 Introduksjon til Linux og kvantekjemiske beregninger

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 1 (Deloppgavene a, b, c og d teller henholdsvis 6%, 6%, 9% og 9%) NORSK TEKST Side 1 av 7

Kvantemekanikk på datamaskiner: kjemiens nye verktøy

KJM3000 vår 2014 Løsningsforslag

KJM Molekylmodellering

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Ditt kandidatnummer

EKSAMEN I FY1006 INNFØRING I KVANTEFYSIKK/ TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Lørdag 29. mai 2010 kl

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

FLERVALGSOPPGAVER ORGANISK KJEMI

Kjemiske bindinger. Som holder stoffene sammen

Trygve Helgaker. 31 januar 2018

Modul nr Solceller og solfangere

Det virtuelle kjemilaboratoriet. Trygve Helgaker. Centre for Theoretical and Computational Chemistry. Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo

Basepar i DNA. TFY4215 Innføring i kvantefysikk Øving 13 Molekylfysikk

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 1

EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for naturvitenskap og teknologi 13. august 2002 Tid:

Basepar i DNA. TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk Våren 2006 Kjemisk fysikk Øving 3 Innleveringsfrist, gruppe 1: gruppe 2:

Løsningsforslag Eksamen 26. mai 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

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

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 14 1 LØSNING ØVING 14. ψ 210 z ψ 100 d 3 r a.

Det forventede resultatet er at vannet skal bli blått etter at magnesiumbiten har reagert med det

LEGEMIDLER OG ORGANISK KJEMI IDENTIFISERING AV AKTIVT STOFF I PARACET Elevoppgave for den videregående skolen Bruk av avansert instrumentering

Løsningsforslag Eksamen 7. august 2006 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Forelesningsnotater i molekylfysikk

Transkript:

KJM2600-Laboratorieoppgave 1 Sindre Rannem Bilden Gruppe 1 4. mars 2015 1 Hensikt Hensikten med oppgaven var å demonstrere anvendelsen av kvantekjemiske beregninger i kjemi. 2 Teori Oppgaven baserer seg på variasjonsprinsippet som sier at en beregnet energi E vil alltid være større eller lik en eksperimentell verdi E 0 (gitt null måleusikkerhet). E = ψ Ĥψdτ ψ ψdτ E 0 (2.1) Beregningene i oppgaven bruker Hartree-Fock-metoden som tar utgangspunk i et passende basissett {χ i }, og lagen en bølgefunksjon som en lineær kombinasjon av disse. Ψ = M c i χ i (2.2) i=1 En datamaskin vil så beregne energien til Ψ bestående av {χ i } og et sett med koeffisienter {c i }. Koeffisientene endres i et bestemt mønster og energien beregnes på nytt, om energien er lavere en forrige steg endres koeffisientene ytterligere. Dette repeteres til energien konvergerer til et minimum. Om bølgelikningen beskriver et globalt eller lokalt minimum er ikke sikkert og avhenger av basissettet {χ i } og koeffisientene {c i } man startet med. 3 Utførelse Oppgavene tok utgangspunk i beregningsprogrammet Gaussian og tillegsmodulen GausView. I GausView ble molekylene tegnet og sendt til Gaussian for beregninger. Først ble energien til Gauche- og Antikonformasjonen av 1,2-dikloretan beregnet. Videre ble det generert et absorbansspekter til de tre stoffene, acetaldehyd (CH 2 CHO),acetylklorid (CH 3 CClO) og kloracetaldehyd (CH 2 ClCHO) hver for seg og sammenliknet med et eksperimentelt IR-spektroskopi (Figur 7.1). 1

4 Resultater Informasjon om de forskjellige konformasjonene av 1,2-dikloretan ble lagt i Tabell 4.1. Tabell 4.1: To konformasjoner av 1,2-dikloretan. Konformasjon Gauche Anti Differanse Energi [a.u] -992.22422892-992.22830747 0.00407855 Dipolmoment [Debye] 3.9853 0.0000 3.9853 Fra Tabell 4.1 ser vi at Anti-konformasjonen ligger lavest i energi og er derfor mest stabil. Ser også at dipolmomentet er stort i Gauche-konformasjonen men null i Anti-konformasjonen, dette er logisk med tanke på fordelingen av elektronegative atomer i molekylet. Gauche (Figur 4.1 a) har samlet klor-atomene på én side imotsetning til anti (Figur 4.1 b) som har klor-atomene lineært gjennom molekylet. (a) Gauche-konformasjon (b) Anti-konformasjon Figur 4.1: Optimerte geometrier for 1,2-dikloretan Ved sammenlikning av spektrene i Figur 7.2 med referansen i Figur 7.1, ser vi at acetylklorid har mange tygelige absorbsjonstopper som likner IR-spekteret. Derfor er acetylklorid den beste kandidaten og derfor mest sannsynlig avfallsgassen som IR-spekteret representerer. Når det gjelder de to andre stoffene kan disse også skilles ved å se på de beregnede absorbsjonstoppene til stoffene. Ved å se på absorbsjonen for karbonylgruppen er det vanskelig å skille acetaldehyd fra kloracetaldehyd men det er flere markante topper i spekteret til acetaldehyd kan ikke finnes igjen i kloracetaldehyd og omvent. Blant annet rundt 250, 500 og 700 cm 1 ser man tydelige forskjeller. Dette indikerer at disse stoffene er forskjellige. Når det gjelder acetylklorid og kloracetaldehyd er det et lite skille i energi. Relevant informasjon for de to stoffene er lagt i Tabell 4.2. Tabell 4.2: Informasjon om to strukturisomere Stoff Acetylklorid Kloracetaldehyd Differanse Energi [a.u] -613.32091171-613.29153482 0.02937689 Bindingslendre C-Cl [Å] 1.214860 1.902866 0.688006 2

Acetylklorid ligger lavere i energi enn kloracetaldehyd med et skille på ca. 0.028 a.u. og har også en sterkere binding til kloratomet da bindingslengden er kortere for acetylklorid enn kloracetaldehyd. Bindingstyrken gir også en indikator på vibrasjonsfrekvensen, ser man på systemet som en harmonisk oscillator kan ser man at den sterkeste bindingen vil få sørst vibrasjonsfrekvens. 5 Konklusjon Beregningene viser at anti-konformasjon er den mest stabile konformasjonen for 1,2-dikloretan, i denne konformasjonen er også dipolmomentet beregnet lik null. Avfallsgassen ble identifisert til å være acetylklorid, da det eksperimentelle IR-spekteret stemte godt med det beregnede IR-spekteret. Kvantekjemiske beregningsmetoder er også gunstig for å identifisere ukjente stoffer om man har en viss formening om hva stoffet kan være. 6 Feilkilder Beregningsmetoder er kun tilnærminger til virkeligheten og vil derfor ikke alltid stemme. Hartree- Fock-metoden er en relativt grov beregningsmodell da den bruker små bølgesett {χ i } og kan derfor gi avvik eller lokale minima. 3

7 Vedlegg Figur 7.1: IR-Spekter til ukjent forbindelse 4

(a) Acetaldehyd (b) Acetylklorid (c) kloracetaldehyd Figur 7.2: Beregnede spektre for tre sannsynlige stoffer 5