PRCTICAS COMPUTACIONALES DEL REA DE QUMICA FSICA

GUIOMAR REBOLLO ALLENDE GRUPO C

1. OBJETIVO

Utilizacin de un programa Gaussian, con la nueva interfaz Gaussview, para la resolucin de la ecuacin de Schrdinger nuclear y electrnica para un sistema qumico concreto. Con Gaussian se resuelven las EES y ENS, con Gaussview podemos observar los resultados de las mismas de forma dinmica o esttica.

2. EJERCICIO 1. ENERGA ELECTRNICA PUNTUAL (SINGLE POINT ENERGY) Y OPTIMIZACIN DE ESTRUCTURAS

A.CLCULO DE LA CURVA DE ENERGA POTENCIAL El primer objetivo de esta prctica es realizar el clculo de la curva de energa potencial de una molcula diatmica (el CO o el Cl2).Pasos:. Fijar la posicin de los ncleos a una distancia R.. Resolver la ecuacin de Schrdinger para la parte electrnica a ese valor de R, repitiendo el proceso para distintos valores de R.. Representar los valores de energa obtenidos frente a R, curva de energa potencial; el mnimo de la curva ser la posicin de equilibrio de los ncleos, es decir la geometra de equilibrio. Tambin, a partir de la curva de energa potencial se obtendrn las frecuencias de vibracin y la energa de disociacin.El clculo se realiz para el cl2, molcula diatmica homonuclear

R (A)U( R) /Eh

1,4-914,3188161600

1,5-914,5133742900

1,6-914,6315864500

1,7-914,7004861600

1,8-914,7375394600

1,9-914,7542797200

2-914,7584328100

2,1-914,7550474800

2,2-914,7471868000

2,5-914,7112237900

3,5-914,5948541800

4,5-914,5424907800

Optimizando:Distancia de equilibrio: 1,99632 A (R).Energa =- 914,75843771 EhOrden de enlace: 1Energa de disociacin: 0,43 Eh=11,95 ev

A continuacin, se har el clculo de las frecuencias de vibracin. Para ello con la distancia de equilibrio del cl2 y la energa en ese punto y en las proximidades podremos obtener la frecuencia de vibracin para el cl2.R (A)U( R) /Eh

1,966320-914,758079250

1,981320-914,758350110

1,996320-914,758437710

2,011320-914,758355920

2,026320-914,758117660

Ajustada a una funcin parablica del tipo: U = U (Re)+1/2k e (RRe)

R -Re(A)U( R) /Eh

-3,000E-02-914,758079250

-1,500E-02-914,758350110

0,000000-914,758437710

1,500E-02-914,758355920

3,000E-02-914,758117660

Se obtiene: Ke= 0,7444 Eh/ A; En unidades de SI: Ke = 328,75 J/mUtilizando:w=

w terica = 561,87 cm

w optimizada= 564,282 cm

ZPE = 0,806680 J/mol=0,03498ev

Comparando las frecuencias vibracionales de la molcula de cl2 se observa que tanto la terica, ajustada a una funcin parablica como la optimizada son parecidas.Si sumamos ZPE y la energa de disociacin, obtendremos la energa de disociacin espectroscpica hasta el fondo de la curva, donde coincide con el mnimo de energa potencial D= 11,99eV.

3. EJERCICIO 2.INTRODUCCIN AL CLCULO DE ESTRUCTURAS: H2O y CO2En este apartado se obtendrn las geometras de equilibrio de las molculas de H2O y CO2.Se calcularn las geometras de equilibrio y se compararn con los datos experimentales: H O:Geometra de equilibrio: ROH =0.956 A. HOH =105.2 N de onda de las vibraciones fundamentales (cm-1): 3657.0 (tensinSimtrica, ts), 1594.7 (flexin, f), 3755.7 (tensin asimtrica, ta)Momento dipolar: 1.85 DCO:Geometra de equilibrio: RCO=1.156 A. OCO=180.0oN de onda de las vibraciones fundamentales (cm-1): 1388.2 (ts), 667.4 (f), 2349.2 (ta)

Resultados optimizados:H O:Geometra de equilibrio: ROH =0.96653 A. HOH =107,7N de onda de las vibraciones fundamentales (cm-1): 3943,28 (tensinSimtrica, ts), 1799,2(flexin, f), 3809,39 (tensin asimtrica, ta)Momento dipolar: 2,3867 D. ZPE= 57132,9 J/mol.El movimiento se realiza en modo tijera (tensin) donde los tomos de H van hacia los lados. CO:Geometra de equilibrio: RCO=1.15574 A. Molcula Lineal. OCO=179,9 N de onda de las vibraciones fundamentales (cm-1): 1427,62 (ts), 659,006(f), 2463,51( ta).Momento dipolar: 0,0013 D. ZPE= 31157,6 J/mol.El movimiento se realiza en torno al C el cual va hacia adelante y hacia atrs, por lo que la molcula sufre una deformacin.

4.EJERCICIO 3. SIMULACIN DE ESPECTROS VIBRACIONALES.

En este ejercicio se calcularn los espectros de vibracin de 4 molculas y se localizar la frecuencia al enlace C=O, despus se compararn los espectros obtenidos.

A. LA FRECUENCIA DE VIBRACIN DEL GRUPO CARBONILO

Formaldehdo: C=O 1914,41 cm Formamida: C=O 1910,98 cm

Acetona: C=O 1940,52 cm Acetaldehdo: C=O 1926 cm

B.ASIGNACIN DE LAS FRECUENCIAS DE UN ESPECTRO.Experimentales:.Formamida:

.Acetona

En la zona de 3300 cm, aproximadamente se encuentran las bandas de la tensin C-H para un carbono sp como en nuestro caso; en la acetona no se encuentra porque se tiene un C sp pero no una tensin con H, sino una tensin con metilos; por eso no es pronunciado.Entre 1500 y 650 cm, aparecen las tensiones referidas a C-N y C-C, para el caso de la formamida y acetona respectivamente. Para la formamida aparece una banda en torno a 1200 cm referida a la tensin C-N. En el caso de la acetona, entre 1440 y 1200 cm, aparecen dos bandas bien resueltas que son las tensiones C-C correspondientes a los metilos.Entre 600 y 1400 cm, se encuentra la denominada huella dactilar de una molcula, donde se encuentran las vibraciones complejas de la misma..Tericos (Gaussian).AcetonaC=O: 1940,2 en cambio en el experimental aparece sobre 1800C-C:1314,8 y 1552,67 experimentalmente aparecen las 2 bandas de las tensiones c-c de los metilos sobre 1400 y 1200.FormamidaC=O: 1910,98 experimentalmente aparece sobre 1800C-H 3300 experimentalmente tambin aparece en torno a 3000C-N:1200 experimentalmente tambin es aproximadamente 1200

5. EJERCICIO4 . PUNTOS SINGULARES (ESTACIONARIOS) DE UNA SUPERFICIE DE ENERGA POTENCIAL. CONSTRUCCIN Y LOCALIZACIN DE ESTADOS DE TRANSICIN.

A. ISOMERIZACIN HCN CNHEstudio de la isomerizacin HCN-HNC y del posible estado de transicin.

HCNFrecuencia: 878,527 cmE = -92,87713794EhZPE= 46949.8 J/molMovimiento del H libremente arriba y abajo. Al N le cuesta debido a la tensin C-NHNCFrecuencia: 531,667 cmE = -92,85961247EhZPE= 41436,5 J/molMovimiento del H libremente sobre el N. Al C le cuesta ms girar.HCN (a 90)Frecuencia: -1215,38 cm (imaginaria)E= -92,79662210 EhZPE= 30663,9 J/molMovimiento del H libremente hacia los lados

Se observa perfectamente el estado de transicin que constituye el mximo en el camino de reaccin que es el camino de mnima energa desde los reactivos (estado inicial) a los productos (estado final). Calculando las frecuencias de las 3 molculas de observ una negativa para HCN (a 90), frecuencia imaginaria. Por lo que rotando la molcula no se obtiene el HNC.

B.ROTMEROS DEL FLUOROMETANOL

Un rotmero es un ismero conformacional que puede convertirse en otro a temperatura ambiente por rotacin de enlaces.Para este ejercicio se utilizar la molcula de fluorometanol para observar este fenmeno.

Se realiz una grfica de energas para poder observar cmo evolucionan los ismeros respecto a la energa.

ngulosE

0-212,72417950

30-212,72519256

60-212,72599667

90-212,72398832

120-212,72032284

150-212,71778309

180-212,71707099

La energa calculada para cada ngulo no es exactamente la menor posible porque no hemos optimizado la molcula.Para los ngulos de 0,60 y 180 , calculamos las frecuencias de vibracin:0 - 487,7 cm conformaciones ni alternadas ni eclipsadas.60 97 cm conformacin eclipsada. (La ms estable)180 -360,3 cm. Conformacin alternada.