Eksperiment 2 Ina Molaug og Anders Leirpoll
1 1 Innhold 2 Formål... 1 3 Beregningsoppgave... 1 3.1 Oppgave 1: Beregninger på etenmolekylet... 1 3.1.1... 1 3.1.2... 2 3.1.3... 2 3.1.4... 3 3.2 Isomerisme i dikloreten... 4 3.2.1... 4 3.2.2... 4 3.2.3... 4 3.3 Polyeten... 5 3.3.1... 5 3.3.2... 5 3.3.3... 5 3.3.4... 5 3.3.5... 5 4 Bibliografi... 7 2 Formål Laboratorieøvelsen er todelt. Formålet med den første delen er å få en innføring i programmet SPARTAN. Formålet med den andre delen er å bruke SPARTAN til å foreta beregninger av molekylorbitaler og vibrasjon. 3 Beregningsoppgave 3.1 Oppgave 1: Beregninger på etenmolekylet 3.1.1 Geometrien til etenmolekylet ble optimert i SPARTAN. Bindingsvinkler og bindingslengder ble notert. Tabell 1: Bindingsvinkler for eten Vinkel Bindingsvinkel [ ]
2 HCH 116.17 HCC 121.91 Tabell 2: Bindingslengde for eten Binding Bindingslengde [ ] HC 1.074 CC 1.315 Punktgruppen, antall uavhengige koordinater og antall basisfunksjoner ble bestemt. Tabell 3: Punktgruppe, koordinater og basisfunksjoner Eten Punktgruppe Antall uavhengige koordinater Antall basisfunksjoner 3.1.2 Det ble generert flater for LUMO, HOMO, HOMO-5, HOMO-6 og HOMO-7 med gitte isoverdier fra oppgaven. Tabell 4: Orbitaler for LUMO, HOMO og HOMO-5 til HOMO-7 Flate Orbitaler som deltar LUMO ( ) HOMO ( ) HOMO-5 ( ) ( ) ( ) HOMO-6 ( ) ( ) ( ) HOMO-7 ( ) ( ) ( ) 3.1.3 Det ble generert en flate med konstant elektrontetthet (Figur 1: Elektrontetthet for eten).
3 Figur 1: Elektrontetthet for eten Denne figuren stemmer overens med hvor en skulle forvente høy og lav elektrontetthet. Elektrontettheten er høyest mellom dobbeltbindingene, høy mellom C-H-bindingene og lavest i ytterkantene av H-atomene. 3.1.4 Vibrasjonsfrekvensene til eten ble funnet i SPARTAN. Av de 12 som ble funnet, er 5 IR-aktive. Den ene av disse fem har en relativt lav verdig og er derfor lite synlig i IR-spekteret. Tabell 5: Vibrasjonsfrekvens for IR-aktive moder Vibrasjonsfrekvens Intensitet Type Mode [ ] 944.14 1.37 B2u 1115.74 134.13 B3u 1639.94 8.79 B1u 3302.78 16.87 B1u 3399.86 29.66 B2u
4 Figur 2: Vibrasjonsmoder for eten 1 3.2 Isomerisme i dikloreten 3.2.1 De ulike isomerene av dikloroeten ble bygget. 3.2.2 Navnene på de ulike isomere er: trans-1,2-dikloroeten, cis-1,2-dikloroeten og 1,1-dikloroeten. 3.2.3 Geometrien til hver isomer ble optimert. Stabiliteten ble notert. Tabell 6: Stabiliteten til isomere av dikloroeten Isomer Energi [ ] trans-1,2-dikloroeten -991.2411210 cis-1,2-dikloroeten -991.2408041 1,1-dikloroeten -991.2366017 Av Tabell 6: Stabiliteten til isomere av dikloroeten kan det sluttes at de isomere ligger nær i energi, men at trans er mest stabil fordi denne har lavest energi. Dette stemmer godt med klassisk tenkning av atomer som punktladninger, fordi trans gir størst avstand mellom kloratomene. 1 (Liverpool)
5 3.3 Polyeten 3.3.1 Det ble bygget modeller for heptan og pentan i SPARTAN. 3.3.2 Modellene ble optimert. 3.3.3 Polymerisasjonsenergien ble beregnet med Formel 1: Polymerisasjonsenergi og verdier fra Tabell 7: Energi. Formel 1: Polymerisasjonsenergi Tabell 7: Energi Molekyl Energi [ ] Heptan -272.8897723 Pentan -195.2515601 Eten -77.60098800 3.3.4 I oppgaven ble det oppgitt en eksperimentell verdi for polymerisasjonsprosessen: Den eksperimentelle verdien stemmer godt overens med den beregnede verdien. Ut i fra at disse verdiene er negative, kan det sluttes at polymerisasjonsprosessen er energi-gunstig. 3.3.5 HOMO og LUMO ble visualisert for heptan og 1,3,5-heptatriene i SPARTAN. Orbitalene ble tegnet og sammenlignet.
6 Figur 3: HOMO for heptan Figur 4: LUMO for heptan Figur 5: HOMO for 1,3,5-heptatriene
7 Figur 6: LUMO for 1,3,5-heptatriene Ved å sammenligne HOMO for heptatriene og heptan observeres det at HOMO for heptan består av sigma-bindinger, mens HOMO for heptatriene består av pi-bindinger. LUMO for heptan observeres som veldig spredd, mens LUMO for heptatriene også består av pi-bindinger. 4 Bibliografi Liverpool, U. o. (u.d.). ChemTube3D. Hentet 2011 fra http://www.chemtube3d.com/vibrationsc2h4.htm X Anders Leirpoll X Ina Molaug