KJM2600-Laboratorieoppgave 4

Like dokumenter
KJM2600-Laboratorieoppgave 5

KJM2600-Laboratorieoppgave 1

KJM2600-Laboratorieoppgave 2

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

I dag skal vi ved hjelp av ganske enkel Python-kode finne ut om det er mulig å tjene penger på å selge og kjøpe en aksje.

Lab 8 Resonanskretser, serie og parallell. Båndbredde (B W ) og Q-faktor.

EKSAMEN I SIF4048 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Tirsdag 13. august 2002 kl

FYSMEK1110 Oblig 5 Midtveis Hjemmeeksamen Sindre Rannem Bilden

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 4

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

FY juni 2015 Side 1 av 6

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

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

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2014

NORSK TEKST Side 1 av 4. Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

Differansemetoder for to-punkts randverdiproblemer. Innledning. Anne Kværnø

TFY Løsning øving 4 1 LØSNING ØVING 4. Vibrerende to-partikkelsystem

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 7

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, øving 6 1 ØVING 6. Fermi-impulser og -energier

Lab 2 Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

Eksamen FY1006/TFY mai løsningsforslag 1

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

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 3

Løsningsforslag Eksamen 14.desember 2011 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

Obligatorisk oppgave nr 3 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk - Øving 1 1 ØVING 1. En liten briefing om forventningsverdier, usikkerheter osv

BOKMÅL Side 1 av 6. En partikkel med masse m beveger seg i det endimensjonale brønnpotensialet V 1 = h 2 /(2ma 2 0) for x < 0,

Forside. 1 Hva skrives ut?

B.1 Generelle egenskaper til energiegenfunksjoner

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

EKSAMENSOPPGAVE / EKSAMENSOPPGÅVE

INF1000 Eksamen 2014 (modifisert)

FYS1120 Elektromagnetisme, Oppgavesett 4

Fra UiO sine websider (med tentativt antall poeng):

FY6019 Moderne fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 4. 2 h

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår Ditt kandidatnummer

Løsningsforslag Eksamen 16. august 2008 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Øving 1 1 ØVING 1. En liten briefing om forventningsverdier, usikkerheter osv

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2011 FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

Appendix A. Ole Christian Lingjærde, Dept of Informatics, UiO. 23. september 2019

KJM Molekylmodellering

Løsningsforslag Eksamen 11. august 2010 FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

Laboratorieoppgave 8: Induksjon

UNIVERSITETET I OSLO

Finne ut om en løsning er helt riktig og korrigere ved behov

Oblig 6 i Fys-Mek1110

Tre på rad mot datamaskinen. Steg 1: Vi fortsetter fra forrige gang. Sjekkliste. Introduksjon

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Løsningsforslag FY6019 Moderne fysikk kl fredag 12. juni 2015

EKSAMEN I SIF4018 MATEMATISK FYSIKK mandag 28. mai 2001 kl

Eksamensoppgaver 2014

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 10 Elektrisitet og magnetisme

Teknostart Prosjekt. August, Gina, Jakob, Siv-Marie & Yvonne. Uke 33-34

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantefysikk, Mandag 3. juni 2019

Skilpaddefraktaler Erfaren Python PDF

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 3. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

Kondenserte fasers fysikk Modul 2

Repetisjon Novice Videregående Python PDF

Overflateladningstetthet på metalloverflate

LEGEMIDLER OG ORGANISK KJEMI IDENTIFISERING AV AKTIVT STOFF I PARACET

FYS2140 Hjemmeeksamen Vår 2014 Løsningsforslag

Kondenserte fasers fysikk Modul 3

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK FY2045 KVANTEFYSIKK Tirsdag 1. desember 2009 kl

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

Universitetet i Oslo FYS Labøvelse 3. Skrevet av: Sindre Rannem Bilden Kristian Haug

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

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Onsdag 8. august 2007 kl

En partikkel med masse m befinner seg i et éndimensjonalt, asymmetrisk brønnpotensial

Løsningsforslag Eksamen 13. august 2011 FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk

KJM3000 H-2017 løsningsforslag

Tre på rad mot datamaskinen. Steg 1: Vi fortsetter fra forrige gang

Øving 5 - Fouriertransform - LF

Løysingsframlegg øving 1

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk 26. mai 2016 Side 1 av 3

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fredag 19. august 2005 kl

EKSAMEN I FY1006 INNFØRING I KVANTEFYSIKK/ TFY4215 INNFØRING I KVANTEFYSIKK Onsdag 11. august 2010 kl

I denne oppgaven skal vi repetere litt Python-syntaks, det er en god blanding av alle tingene du har lært i Python til nå.

TFY Løsning øving 6 1 LØSNING ØVING 6. Grunntilstanden i hydrogenlignende atom

Lab 3: AC og filtere - Del 1

(θ,φ) er de sfæriske harmoniske. Disse løsningene har energiene 1. = nm, (4) x = rsinθcosφ, (6) y = rsinθsinφ, (7) z = rcosθ, (8) 1 r 2 sinθ

Forelesningsnotat om molekyler, FYS2140. Susanne Viefers

Dette kan selvfølgelig brukes direkte som en numerisk tilnærmelse til den deriverte i et gitt punkt.

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk Eksamen 2. juni 2016 Side 1 av 8

LEGEMIDLER OG ORGANISK KJEMI IDENTIFISERING AV AKTIVT STOFF I PARACETAMOL. Elevoppgave for den videregående skole Bruk av avansert instrumentering.

Obligatorisk oppgave MAT-INF1100. Lars Kristian Henriksen UiO

Informasjon Eksamen i IN1000 høsten 2017

INF1000 Eksamen 2014 (modifisert)

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

TDT4110 IT Grunnkurs Høst 2015

MAT Oblig 1. Halvard Sutterud. 22. september 2016

A.3.e: Ortogonale egenfunksjonssett

Python Installering og et par enkle anvendelser

LØSNING EKSTRAØVING 2

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

Løsningsforslag Eksamen 20. desember 2012 FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I

Transkript:

KJM2600-Laboratorieoppgave 4 Sindre Rannem Bilden Gruppe 1 27. april 2015 Laboratorierapporten tar utganskpunkt i elektronvolt og lengder i nanometer og ångstrøm for enklere regning. Senere konverteres disse til ønskede verdier. 1 Hensikt Hensikten med øvelsen er å illustrere forskjellige kventekjemiske modeller og sammenhengen mellom kvantetall, utvalgsregler og spekter. 2 Teori Øvelsen tar for seg Den stive rotoren, Harmonisk Oscillator og Anharmonisk Oscillator. IR: Fra IR-spekteret får man absorbans opp mot bølgetall [cm 1 ] og viser flere topper av varierende intensitet. Disse viser energikvantiseringen og avstanden mellom hver topp gir energien til et skifte i kvantetall ved F (J) BJ(J + 1). Dette avslører rotasjonskonstanten B. Stiv rotor: For en stiv rotor har gjelder I µr 2 og I 4πB, dette gir R 4πµB. H.O: Et toatomig molekyl kan sees på som en harmonisk oscillator med potensiell energi V (R) k 2 (R R e) 2. Hvor R e er likevektavstanden og k e er kraftkonstanten for bindingen. Morse: Da den harmoniske oscillatoren brytersammen ved små vik fra R e vil et anharmonisk potensiale være en bedre tilnærming til bindingen. Siden det er kjent at et molekyl vil kunne rives fra hverandre og dermed inngå i reaksjoner må potensialet stagnere ved R. Potensialet stiger også kraftig når atomer kommer tett. Disse to elementene oppfylles av morse-funksjonen V (R) D e [ 1 e a(r R e) ] 2. 3 Gjennomføring Et fundamental IR-spektrum av HCL importert inn i og topppunkter ble analysert ved hjelp av ar Pythonscript (Vedlegg 1). Her ble bølgetallene til toppunktene lagret opp mot sitt avvik (m) fra J 0, (Se Figur 1 som illustrasjon). Den lagrede filen ble så overført til Origin og en tilnærmingskurve ble beregnet. Koeffisientene (v, B1, B2) ble notert og tatt med til senere beregninger. Det samme ble gjort for et overtone IR-spektrum. B0, B 1 og B 2 ble beregnet ved hjelp av ṽ(m) ṽ 0 + ( B 1 + B 2 )m + ( B 1 B 0 )m 2 1

Disse verdiene ble så brukt for å definere B e og α ved B n B e + α(n + 1 2 ) der n 0, 1, 2. Senere ble R e, R 0, R 1, R 2 for HCL beregnet fra B e, B 0, B 1 og B 2 ved hjelp av formlene: µ m Hm Cl (3.1) m H + m Cl h R n 4πcµ B n 8π 2 cµ B (3.2) n Etter videre beregning med formlene ṽ e 3ṽ 0 ṽ 1, χ e 2ṽ 0 ṽ 1 2ṽ e a var nok verdier definert til å gjenskape en potensialkurve for HCl. k e 2D e, k2 e (2πcṽ e ) 2 µ, D e hcṽe 4χ e og 4 Resultater Fra programmet i Vedlegg 1 ble det skrevet ut en tabell for hvert spekter, vist i Tabell 4.1. Som illustrasjon kan de tilhørende verdiene av m sees på Figur 4.2. Verdiene fra Origin ble satt inn i programmet i Vedlegg 2 og fikk ut verdiene under: B0[cmˆ-1] 10.386 (0.008) B1[cmˆ-1] 10.06 (0.016) B2[cmˆ-1] 9.796 (0.005) Samme program beregnet også α og B e : alpha [cmˆ-1] -0.295 (-0.007) B_e [cmˆ-1] 10.523 (0.011) Legg merke til at usikkerheten til Be ble beregnet som største feilmargin fra de tre tidligere verdiene B 0, B 1 og B 2 illustrert i figur i Vedlegg 4. Utregninger ved hjelp av (3.1) og (3.2) gir: µ m Hm Cl 0.91249GeV/c 2 (4.1) m H + m Cl hc R n 2 hc 1240nmeV 1 8π 2 ce µ Bn 8π 2 E µ Bn 8π 2 (4.2) E µ [ev ] B n [nm 1 ] δr R 2 δ B n B n (4.3) Under ligger verdiene til R n, beregnet ved hjelp av programmet i Vedlegg 3 som baserer seg på (4.2) og (4.3). R0[m] 1.2873e-10 (5e-14) R1[m] 1.308e-10 (1e-13) R2[m] 1.3255e-10 (3e-14) Re[m] 1.2789e-10 (7e-14) Polynomtilpasningen ga bølgetallene: v0[cmˆ-1] 2885.86 (0.152) v1[cmˆ-1] 5667.819 (0.072) 2

Fra dette får vi: Fra dette kan k e, D e og a beregnes til: ṽ e 3ṽ 0 ṽ 1 2989.7(1.53)[cm 1 ] χ e 2ṽ 0 ṽ 1 2ṽ e 103.9(0.312) 2 2989.7(1.53) 0.017387(1.058E-4) k e (2πcṽ e ) 2 µ (2πṽ e ) 2 E µ 32.199(2.33E-2)[eV Å 2 ] 515.89(0.373)[Nm 1 ] D e hcṽ e 4χ e a 1240[eV nm]ṽ e 4χ e 1240[eV nm] 2989.7 4χ e 10 7 5.3305(4.1E-3)eV 514.3(0.39)kJ/mol [nm] ke 2D e 2.4569(2.0872E-3)[Å 1 ] 2.4569E10(2.0872E7)[m 1 ] Med disse resultatene kan potensialet plottes som vist i figur 4.1. Tabell 4.1: Resultater over topppunkter med tilhørende bølgetall. Fundamental #R J m v(m)[cmˆ-1] J10->11 10.0 11 3072.700 J9->10 9.0 10 3059.080 J8->9 8.0 9 3044.858 J7->8 7.0 8 3029.912 J6->7 6.0 7 3014.243 J5->6 5.0 6 2997.850 J4->5 4.0 5 2980.735 J3->4 3.0 4 2963.137 J2->3 2.0 3 2944.696 J1->2 1.0 2 2925.773 J0->1 0.0 1 2906.006 --------------------------- #P J m v(m)[cmˆ-1] J1->0 1.0-1 2864.905 J2->1 2.0-2 2843.450 J3->2 3.0-3 2821.393 J4->3 4.0-4 2798.733 J5->4 5.0-5 2775.591 J6->5 6.0-6 2751.846 J7->6 7.0-7 2727.620 J8->7 8.0-8 2702.790 J9->8 9.0-9 2677.479 J10->9 10.0-10 2651.806 Overtone P J m v(m)[cmˆ-1] J7->8 7.0 8 5790.1 J6->7 6.0 7 5779.3 J5->6 5.0 6 5767.2 J4->5 4.0 5 5753.7 J3->4 3.0 4 5739.0 J2->3 2.0 3 5723.1 J1->2 1.0 2 5705.8 J0->1 0.0 1 5687.3 -------------------------- R J m v(m)[cmˆ-1] J1->0 1.0-1 5646.8 J2->1 2.0-2 5624.8 J3->2 3.0-3 5601.4 J4->3 4.0-4 5577.0 J5->4 5.0-5 5551.5 J6->5 6.0-6 5524.7 J7->6 7.0-7 5496.9 3

Figur 4.1: De beregnede potensialkurvene til HCL Figur 4.2: Oversikt over bølgetall med tilhørende verdier av m for fundamentale IR-spekteret 4

5 Konklusjon Ser at at et IR-spekter av et kjent specie vil gi svært mye informasjon, ved god forståelse av kvantekjemiske prinsipper vil et enkelt diagram tolkes nok til å kunne sette opp en potensialkurve for speciets struktur og derifra forutse kjemisk aktivitet. 6 Vedlegg Vedlegg 1: # -*- coding: utf-8 -*- from pylab import * import numpy as np import matplotlib as plt import os.path data np.loadtxt("oppgave_4_hcl_fundamental.dat",dtypefloat) start False; end False x_a [];y_a [];x_a [];y_a [] A False noise 0.003 for i in range(len(data2[:,0])): if data2[i,1]>noise and data2[i-1,1]<noise: start True x_s data2[i,0] if data2[i,1]<maks and data2[i-1,1]>maks: end True x_e data2[i,0] if start and data2[i,1]>data2[i-1,1]: top data2[i,1] if start and end: if A: x_a.append((x_e+x_s)/2) y_a.append(top) A False else: x_b.append((x_e+x_s)/2) y_b.append(top) A True start False end False scatter(x_a,y_a,color r,label"$ˆ{a}cl$") scatter(x_b,y_b,color c,label"$ˆ{37}cl$") l_a len(x_a); mid_a l_a/2; m_a []; j_a []; TXTa [] L_a linspace(0,len(x_a)-1,len(x_a)) for i, txt in enumerate(l_a): n txt-mid_a TXTa.append(text) j_a.append(round(abs(txt-mid_a),0)) if (txt-mid_a)>0: m_a.append(-abs(txt-mid_a)) annotate(-abs(txt-mid_a), (x_a[i],y_a[i]*1.001)) else: m_a.append(abs((txt-mid_a))+1) annotate(abs((txt-mid_a))+1, (x_a[i],y_a[i]*1.001)) TEXTa np.array(txta).reshape(len(txta),1) J_a np.array(j_a).reshape(len(j_a),1) X_a np.array(x_a).reshape(len(x_a),1) Y_a np.array(y_a).reshape(len(y_a),1) M_a np.array(m_a).reshape(len(m_a),1) HEAD np.array(["#","j","m","v(m)[cmˆ-1]"]) TABLE np.hstack([texta,j_a,m_a,x_a]) TABLE np.vstack([head,table]) TOT np.hstack([m_a, X_a]) TOT np.flipud(tot) plot(data[:,0],data[:,1],"b") xlim(data[-1,0],data[0,0],) ylim(min(data[:,1]),max(data[:,1])*1.2) ylabel( Absorbans ) xlabel( Bolgetall + $[cmˆ{-1}]$ ) legend() show() np.savetxt( hcl_datatable, TABLE, delimiter" ", fmt"%s") np.savetxt( Wave_m.dat, TOT, delimiter" ", fmt"%s") 5

Vedlegg 2: from pylab import * import os.path v_f [2885.86, 0.15208] b1_f [20.427, 0.01539] b2_f [-0.3066, 0.0276] #---------------------------- v_o [5667.819, 0.07257] b1_o [20.201, 0.01003] b2_o [-0.6086, 0.00248] def R(a,b,x1,x2): X (a*x1[0]+b*x2[0]) dx sqrt((a*x1[1])**2+(b*x2[1])**2) return [X,dX] B1 R(0.5,0.5,b1_f,b2_f) B0_f R(0.5,-0.5,b1_f,b2_f) B2 R(0.5,0.5,b1_o,b2_o) B0_o R(0.5,-0.5,b1_o,b2_o) B0 R(0.5,0.5,B0_o,B0_f) B0_a np.array(b0).reshape(1,len(b0)) B1_a np.array(b1).reshape(1,len(b1)) B2_a np.array(b2).reshape(1,len(b2)) TOT np.vstack([b0_a,b1_a,b2_a]) TOT np.round(tot, 4) TOT TOT.astype( S10 ) for i in range(0,len(tot[:,1])): TOT[i,1] ( +TOT[i,1]+ ) LAB array([[ B0 ],[ B1 ],[ B2 ]]) TOT np.hstack([lab,tot]) Bn [B0[0],B1[0],B2[0]] Bn1 [B0[0]+B0[1],B1[0],B2[0]-B2[1]] Bn2 [B0[0]-B0[1],B1[0],B2[0]+B2[1]] xn [] for n in range(0,3): xn.append((n+0.5)) pol np.polyfit(xn,bn,deg1) pol1 np.polyfit(xn,bn1,deg1) pol2 np.polyfit(xn,bn2,deg1) alpha array([pol[0],(pol1[0]-pol2[0])/2]) Be array([pol[1],(pol1[1]-pol2[1])/2]) B_list [B0,B1,B2,Be] mat np.vstack([alpha,be]) lab array([[ alpha [cmˆ-1] ], [ B_e [cmˆ-1] ]]) BE np.hstack([lab,mat]) np.savetxt( B_list.txt, TOT, delimiter" np.savetxt( Alpha_Be.txt, BE, delimiter" ", fmt"%s") ", fmt"%s") 6

Vedlegg 3: def CalcR(B): R 1E7*sqrt((1240*1E-7)/(8*pi**2*0.5109*B[0])) dr 0.5*R*B[1]/B[0] return [R,dR] R0 CalcR(B0) R_list np.zeros([4,2]) i 0 for B in B_list: R_list[i] CalcR(B) i + 1 TOT np.round(r_list, 1) TOT TOT.astype( S10 ) for i in range(0,len(tot[:,1])): TOT[i,1] ( +TOT[i,1]+ ) LAB array([[ R0[nm] ],[ R1[nm] ],[ R2[nm] ],[ Re[nm] ]]) TOT np.hstack([lab,tot]) np.savetxt( R_list.txt, TOT, delimiter" ", fmt"%s") Vedlegg 4: Illustrasjon av feilmargin under beregning av B e : 7