Gaussian軟件繪制苯分子軌道實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱 苯分子軌道和電子結(jié)構(gòu) 級(jí) 班 姓名 學(xué)號(hào) 同組人 指導(dǎo)老師 實(shí)驗(yàn)日期 年 月 日實(shí)驗(yàn)環(huán)境 室溫       大氣壓    mmHg  儀器型號(hào) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）掌握休克爾分子軌道法的基本內(nèi)容（2）學(xué)會(huì)用休克爾分子軌道法分析和計(jì)算苯分子軌道分布（3）學(xué)會(huì)用計(jì)算的化學(xué)方法研究簡(jiǎn)單分子的電子結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)原理基本理論離域鍵:形成鍵的電子不局限于兩個(gè)原子的區(qū)域,而是在參加成鍵的多個(gè)原子形成的分子骨架中運(yùn)動(dòng),這種由多個(gè)原子形成的型化學(xué)鍵稱為離域鍵共軛效應(yīng):形成離域

2、鍵,增加了電子的活動(dòng)范圍，使分子具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì),這種效應(yīng)稱為共軛效應(yīng)分子軌道法:原子組合成分子時(shí)，原 來(lái)專屬于某一原子的電子將在整個(gè)分子范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其 軌道也不再是原來(lái)的原子軌道，而 成為整個(gè)分子所共有的分子軌道休克爾分子軌道法：為了討論共軛體系的分子軌道，1931年休克爾應(yīng)用LCAO-MO(分子軌道的原子線性組合)法，采用簡(jiǎn)化處理，解釋了大量有機(jī)共軛分子性質(zhì)，該方法稱為休克爾分子軌道法，簡(jiǎn)稱HMO法。該方法針對(duì)平面共軛體系的主要特點(diǎn)，能給出離域鍵體系的基本性質(zhì)休克爾分子軌道法主要運(yùn)用了下列基本假設(shè) :-分離體系:對(duì)于共軛分子，構(gòu) 成分子骨架的電子與構(gòu)成共軛體系的電子由于對(duì)稱性不同，在

3、 討論共軛分子的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以近似的看成互相獨(dú)立的，把 電子和電子分開處理.獨(dú)立電子近似:分子中的電子由于存在相互作用，運(yùn)動(dòng)不是獨(dú)立的，但 若將其它電子對(duì)某電子的作用加以平均， 近似地看成是在核和其它電子形成的固定力場(chǎng)上運(yùn)動(dòng)， 則該電子的運(yùn)動(dòng)就與其它電子的位置無(wú)關(guān)，是 獨(dú)立的.LCAO-MO近似:對(duì)于體系，可 將每個(gè)分子軌道看成是由各個(gè)碳原子提供的對(duì)稱性匹配的p軌道 i 進(jìn)行線性組合得的.=C11 + C22 + + CNNhuckel近似:認(rèn)為每個(gè)電子在每個(gè)原子核附近運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量相同休克爾分子軌道法基本內(nèi)容在分子中把原子核、內(nèi)層電子、非 鍵電子連同電子一起凍結(jié)為“分子實(shí)”，構(gòu) 成了由鍵相連的分

4、子骨架，電子在分子骨架的勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。由此，可 寫出一個(gè)電子的Hamilton算符及軌道方程 H=E（ 1-1）.采用變分法,電子分子軌道表示為所有碳原子的對(duì)稱性匹配的p原子軌道的線性組合: =C11 + C22 + + CNN（1-2）. 代入（1-1）式，按 線性法處理得有關(guān)系數(shù)線性齊次方程組 :（ H11-E）C 1+（ H12-ES12）C 2+（ H1N-ES1N）= 0 （ HN1-E）C 1+（ HN2-ESN2）C 2+（ HNN-ES1N）=0 （1-3）. 式中已假定原子軌道是歸一化的，H rr,Srr代表能量積分及重疊積分:H rs=rHdt, Srs=rsdt (1-4)

5、 .進(jìn)一步的近似假定（1）H rr=(r=1,2,N),稱之為庫(kù)倫積分（2）H rs=對(duì)應(yīng)于原子r和s鄰近，否 則=0（3） 稱為共振積分S rr=0(rs) 即為忽略重疊近似做上述處理后久期方程可化為:(1-5)進(jìn)一步做變換，X =（-E）/ ，式（1-5）的 非零解方程化為（1-6）由上述方程通過(guò)求X得N個(gè)E i值并回代到久期方程，再 結(jié)合歸一化條件得分子軌道組合系數(shù)Cik及i 苯環(huán)的分子軌道計(jì)算苯分子骨架圖1、2 、 3 、 4、 5 、 6是苯環(huán)6個(gè)電子的原子軌道波函數(shù)，根 據(jù)分子軌道法,每個(gè)電子的軌道波函數(shù)，可表示為:=C 1 1+C 2 2+C 3 3+C 4 4+C 5 5+C

6、6 6（ 2-1）軌道系數(shù)方程 （2-2）久期方程 （2-3）展開行列式 X 6 - 6 X4 + 9 X 2- 4=0X的六個(gè)解 X 1=-2；X 2，X 3=-1；X 4，X 5=1，X 6=2 分子軌道能量分子軌道系數(shù)： 將每一軌道能量值或X值代入（ 2-2）并 結(jié)合詭歸一化條件，可以求出相應(yīng)分子軌道的組成系數(shù)，例如，對(duì)于X=2時(shí)（ 2-2）式 具體形式為 （2-4）去掉第一個(gè)方程，將 C1移到等號(hào)右邊 （2-5）可解得 C 1= C 2= C 3= C 4= C 5= C 6結(jié)合歸一化條件得 （2-6）軌道波函數(shù)為實(shí)驗(yàn)相關(guān)軟件Gaussian 98 程序包 Gaussian 圖形查看程

7、序Gview2實(shí)驗(yàn)步驟（1）構(gòu)建分子結(jié)構(gòu)（2）編寫輸入文件（3）結(jié)果查看，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（4）同樣的方法研究丁二烯的分子軌道和電子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)記錄與處理一、苯分子（1）苯的六個(gè)軌道形狀和能量軌道數(shù)能量圖形軌道數(shù)能量圖形17-0.5085920-0.3390521-0.33905220.15131230.15131290.37564（2）苯分子中離域鍵的鍵長(zhǎng)1.3840（3）苯分子中碳原子和氫原子的電荷C -0.239313H 0.239313二、丁二烯分子（1）丁二烯分子的軌道形狀和能量軌道數(shù)能量圖形14-0.4480015-0.32517160.13185170.27061（2）丁二烯分子中離域鍵的鍵

8、長(zhǎng)C=C 1.320C-C 1.470（3）丁二烯分子中碳原子和氫原子的電荷 1 C -0.411892 2 C -0.246730 3 C -0.246730 4 C -0.411892 5 H 0.210945 6 H 0.217048 7 H 0.230629 8 H 0.230629 9 H 0.217048 10 H 0.210945 實(shí)驗(yàn)討論（1） 什么是離域鍵?離域鍵：形成鍵的電子不局限于兩個(gè)原子的區(qū)域,而是在參加成鍵的多個(gè)原子形成的分子骨架中運(yùn)動(dòng),這種由多個(gè)原子形成的型化學(xué)鍵稱為離域鍵（2） 什么是共軛效應(yīng)?共軛效應(yīng)：形成離域鍵,增加了電子的活動(dòng)范圍，使分子具有特殊的物理化學(xué)性

9、質(zhì),這種效應(yīng)稱為共軛效應(yīng)（3） 寫出苯的HMO列式方程，并由此計(jì)算出相應(yīng)的6個(gè)分子軌道波函數(shù).（4） 寫出丁二烯的HMO列式方程，并由此計(jì)算出相應(yīng)的4個(gè)分子軌道波函數(shù).（5） 簡(jiǎn)述克爾分軌道法的基本內(nèi)容.為了討論共軛體系的分子軌道，1931年休克爾應(yīng)用LCAO-MO(分子軌道的原子線性組合)法，采用簡(jiǎn)化處理，解釋了大量有機(jī)共軛分子性質(zhì)，該方法稱為休克爾分子軌道法，簡(jiǎn)稱HMO法。（6） 休克爾分子軌道法用到了哪些假設(shè)?1.H rr=(r=1,2,N),稱之為庫(kù)倫積分2.H rs=對(duì)應(yīng)于原子r和s鄰近，否 則=03. 稱為共振積分S rr=0(rs) 即為忽略重疊近似（7） 寫出苯分子的所有共振式填空：1、