Giáo án điện tử chuyên đề Hoá học 10 kết nối Bài 11: Thực hành tính tham số cấu trúc và năng lượng

NHIỆT LIỆT CHÀO MỪNG CÁC EM ĐẾN VỚI BÀI HỌC MỚI!

KHỞI ĐỘNG

Không dùng máy móc thí nghiệm, bằng máy tính làm thế nào để giải thích mối quan hệ giữa cấu tạo phân tử và tính chất của chất?

BÀI 11: THỰC HÀNH TÍNH THAM SỐ CẤU TRÚC VÀ NĂNG LƯỢNG

NỘI DUNG BÀI HỌC

I. Mở đầu

II. Tối ưu hóa cấu trúc hình học và tính nhiệt tạo thành của một cấu trúc phân tử bằng phương pháp bán kinh nghiệm

III. Cách đọc file kết quả và sử dụng kết quả.

I. MỞ ĐẦU

Hóa học tính toán sử dụng một số phương pháp tính dựa trên hai cơ sở:

Cơ học phân tử: Áp dụng các định luật vật lí cổ điển mô tả chuyển động của hạt nhân các nguyên tử trong phân tử mà không cần xem xét chuyển động và vai trò của các electron.

Cơ học lượng tử: Dựa vào phương trình Schrodinger để mô tả phân tử dựa trên sự chuyển động electron.

Hoạt động 1: Cách chạy phần mềm MOPAC trên Windows-10

Cách khởi chạy MOPAC (Windows-10)

• Bước 1: Nháy chuột phải vào file MOPAC data set,
• Bước 2: Chọn Open with. Bỏ chọn Always use this app to open.mop files.
• Bước 3: Nháy chuột trái vào More apps. Bỏ chọn Always use this app to open.mop files.
• Bước 4: Cuộn xuống dưới và chọn Look for another app on this PC.
• Bước 5: Đi đến D:\Phanmem\MOPAC2016, nháy chuột trái vào MOPAC2016.exe. "MOPAC2016.exe" xuất hiện trong hộp thoại File name. Chọn Open.

II. Tối ưu hóa cấu trúc hình học và tính nhiệt tạo thành của một cấu trúc phân tử bằng phương pháp bán kinh nghiệm

1. Tạo file dữ liệu:

Tệp dữ liệu MOPAC thường gồm:

• Một dòng từ khóa.
• Hai dòng văn bản do người dùng xác định.
• Ma trận Z mô tả phân tử. Sau ma trận Z phải có một dòng trống hoặc một dòng số 0.

Nội dụng của một file dữ liệu đầu vào để chạy chương trình tính MOPAC thường chứa nội dung gì?

Hoạt động 1: Tạo file dữ liệu để tối ưu hóa cấu trúc của phân tử H2O.

Bước 1: Sử dụng Notepas hoặc Wordpad tạo file dữ liệu.

File dữ liệu để tối ưu hóa cấu trúc của phân tử và tính nhiệt hình thành của phân tử H2O

Bước 2: Lưu file dữ liệu vào thư mục

"D:\Nguyen_Van_A\MOPAC_Working". Kiểu file là ".txt".

Ví dụ: "H2O_AM1.txt".

2. Tính nhiệt tạo thành của phân tử bằng phương pháp bán kinh nghiệm

Hoạt động 2: Tối ưu hóa cấu trúc của phân tử H2O bằng phương pháp bán kinh nghiệm.

Bước 1: Đổi file dữ liệu đã tạo ở hoạt động 1 sang đuôi ".mop".

Vào thư mục "D:\Nguyen_Van_A\MOPAC_Working",nháy chuột phải, chọn Rename rồi thay đuôi ".txt" thành đuôi ".mop".

Bước 2: Nháy chuột phải vào file "H2O_AM1.txt".

• Chọn Open with → MOPAC2016.exe.
• Lúc này file dữ liệu "H2O_AM1.mop" được chạy bằng MOPAC.
• Sau khi chạy xong, xuất hiện file kết quả tính "H2O_AM1.out" trong thư mục "D:\Nguyen_Van_A\MOPAC_Working".

III. Cách đọc file kết quả và sử dụng kết quả.

1. Cách đọc file kết quả

Hoạt động 3: Đọc file kết quả và sử dụng tính tối ưu hóa cấu trúc của phân tử, tính nhiệt tạo thành và năng lượng phân tử của H2O.

Nháy chuột phải vào file "H2O­­_AM1.out", chọn Open with Wordpad.

Khi đó đoạn văn bản của file như sau:

Đoạn văn bản kết thúc:

• Giá trị nhiệt tạo thành của phân tử H2o thể hơi theo file là:
• Giá trị năng lượng phân tử H2O thể hơi ở file:

Hoạt động 4: Xác định độ dài liên kết và góc liên kết trong file kết quả tính tối ưu hóa cấu trúc của H2O.

Nháy chuột phải vào file "H2O­­_AM1.out", chọn Open with Wordpad.

Khi đó đoạn văn bản của file như sau:

2. Sử dụng file kết quả để hiển thị hình học phân tử

Hoạt động 5: Sử dụng kết quả tính tối ưu hóa cấu trúc để thấy được cấu trục hình học của phân tử H2O.

Bước 1: Mở phần mềm Avogadro.

Chọn lệnh File → New → Display Settings (Cài đặt hiển thị) → Display Types (Kiều hiển thị) → Ball and Stick (Quả cầu và que nối). Sau đó chọn lệnh Build → Cartesian Editor, một cửa sổ xuất hiện cho phép dán toạ độ Descartes của phân tử để hiển thị cấu trúc.

Bước 2: Mở file kết quả tính “H2O_AM1.out" thu được ở trên, đi đến đoạn văn bản sau:

Bước 3: Copy các dòng toạ độ Descartes này dân sang vị trí mô tả toạ độ Descartes tương ứng ở cửa sổ Cartesian Editor của giao diện Avogadro.

Nháy chuột vào Apply rồi nhảy vào giao diện Avogadro, hình ảnh cấu trúc hình học phân tử H2O xuất hiện trên màn hình Avogadro.

Hiển thị độ dài các liên kết:

Chọn lệnh View — Properties →Bond Properties.

Một bảng số liệu độ dài của các liên kết xuất hiện ở màn hình (Hình 11.2a).

LUYỆN TẬP

Trả lời:

Kết quả này gần với các giá trị thực nghiệm đã cho.

Câu 2 (sgk-74): Tạo file dữ liệu và thực hiện phép tính tối ưu hoá cấu trúc của phân tử, tính nhiệt hình thành và năng lượng phân tử của NH3, CH4

Trả lời:

File dữ liệu để tối ưu hoá cấu trúc, tính nhiệt hình thành và năng lượng phân tử của CH4 :

VẬN DỤNG

Câu 3 (sgk-74): Sử dụng kết quả tính tối ưu hoả cấu trúc để thấy được cấu trúc hình học, hiển thị được các tham số cấu trúc của phân tử NH3, CH4. Từ đó thấy được xu hướng biến đổi độ dài liên kết H-X và góc liên kết HXH (X là O, N, C).

Trả lời:

(Cấu trúc hình học của NH3)

(Cấu trúc hình học của CH4).

(Hiển thị các tham số cấu trúc của phân tử NH3).

(Hiển thị các tham số cấu trúc của phân tử CH4).

--------------- Còn tiếp ---------------