Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Вакпрофи. Публикация статей ВАК, Scopus
Научные направления
Поделиться:
Срочные публикации в журналах ВАК и зарубежных журналах Скопус (SCOPUS)!



Научные публикации в научно-издательском центре Аэтерна


Разделы: Химия
Размещена 03.09.2018. Последняя правка: 01.09.2018.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ И ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ МОЛЕКУЛ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ

Никулин Александр Александрович

Астраханский Государственный Технический Университет

студент

Муханбетова Ильмира Руслановна, студент, ФГБОУ ВПО «Астраханский Государственный Технический Университет», Кафедра «Химическая технология переработки нефти и газа», Астрахань, Россия. Пащенко К.П., кандидат химических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Астраханский Государственный Технический Университет»


Аннотация:
Квантовая химия является теоретическим фундаментом современной химической науки, квантово-химические методы широко применяются для исследования структуры и свойств соединений, энергетики и механизмов химических превращений. Цель настоящей работы состояла в сравнении результатов моделирования геометрического строения и электронной структуры молекул двумя методами – Хартри-Фока и функционала плотности. Указанные методы относятся к числу наиболее широко используемых в настоящее время при проведении квантово-химических расчётов.


Abstract:
Quantum chemistry is the theoretical foundation of modern chemical science, quantum chemical methods are widely used to study the structure and properties of compounds, energy and the mechanisms of chemical transformations. The purpose of this paper was to compare the results of modeling the geometric structure and electronic structure of molecules by two methods - Hartree-Fock and density functional. These methods are among the most widely used at the present time when carrying out quantum chemical calculations.


Ключевые слова:
квантовая химия; метод Хартри-Фока; метод функционала плотности; энергия ионизации; серосодержащие молекулы

Keywords:
quantum chemistry; Hartree-Fock method; density functional method; ionization energy; sulfur-containing molecules


УДК 54

Квантовая химия является теоретическим фундаментом современной химической науки, квантово-химические методы широко применяются для исследования структуры и свойств соединений, энергетики и механизмов химических превращений [1].

Цель настоящей работы состояла в сравнении результатов моделирования геометрического строения и электронной структуры молекул двумя методами – Хартри-Фока и функционала плотности. Указанные методы относятся к числу наиболее широко используемых в настоящее время при проведении квантово-химических расчётов. В качестве объекта для модельных расчётов выбран ряд небольших серосодержащих молекул и радикалов, как органических, так и неорганических (таблица). Химия серосодержащих соединений, обладающих многими практически полезными свойствами, представляет собой перспективную и интенсивно развивающуюся область современной органической химии [2].

Для обоих расчётных методов использовался одинаковый базис атомных орбиталей: 6-31++G(d,p). При расчётах методом функционала плотности  использовался функционал B3LYP. Проводилась полная оптимизация геометрии рассчитываемых структур. В качестве моделируемого параметра электронной структуры была выбрана энергия ионизации, которую, в соответствии с теоремой Купманса, принимали равной энергии высшей занятой молекулярной орбитали, взятой с обратным знаком [3].

Расчёты проводились с использованием компьютерной программы Gaussian 98. Для задания исходной геометрии молекул и визуализации результатов расчётов использовалась программа ChemCraft.

Результаты расчётов были сопоставлены с литературными (экспериментальными) данными о геометрическом строении и энергиях ионизации молекул [3-5] (таблица).

Анализ результатов расчётов позволяет сделать следующие выводы. Оба метода в целом удовлетворительно воспроизводят геометрическое строение серосодержащих молекул. Энергию ионизации намного лучше воспроизводит метод Хартри-Фока. Метод функционала плотности существенно занижает энергию ионизации. При этом метод функционала плотности требует меньших затрат машинного времени на проведение расчётов по сравнению с методом Хартри-Фока. Следует отметить, что величины ЭИ для молекул с закрытыми оболочками воспроизводятся намного точнее, чем для радикалов. Кроме того, неудовлетворительно воспроизводятся рассматриваемыми методами энергии ионизации молекул, содержащих фрагмент -Sn-.

 

Таблица. Результаты расчётов геометрических параметров и энергий ионизации серосодержащих молекул (l – длина связи, Å, Ð – угол между связями, °, ЭИ – энергия ионизации, эВ)

Молекула, параметр

Справочные

данные

Метод

Хартри-Фока

Метод

функционала

плотности

1) H2S, l(S–H)

1,336

1,328

1,348

H2S, ÐHSH

92,1

94,4

92,8

H2S, ЭИ

10,43

10,48

7,27

2) HS×, ЭИ

10,40

10,27

7,19

3) S2, l(S-S)

1,889

1,878

1,929

S2, ЭИ

9,36

8,97

6,06

4) H2S2, l(S–H)

1,327

1,328

1,353

H2S2, l(S–S)

2,055

2,066

2,102

H2S2, ЭИ

10,20

10,53

7,40

5) S3, ЭИ

9,68

9,89

7,50

6) CH3SH, l(S–H)

1,329

1,328

1,349

CH3SH, l(C–S)

1,819

1,818

1,837

CH3SH, ÐCSH

96,5

98,0

97,0

CH3SH, ЭИ

9,44

9,72

6,59

7) CH3S×, ЭИ

7,70

9,44

6,40

8) H2C=S, l(C=S)

1,611

1,598

1,619

H2C=S, ÐHCS

125,0

122,1

122,2

H2C=S, ЭИ

9,40

9,58

6,52

9) CH3SSH, ЭИ

8,46

9,90

6,81

10) CH3SSSH, ЭИ

8,80

9,90

6,96

11) C2H5SH, ЭИ

9,29

9,65

6,56

12) C2H5S×, ЭИ

7,20

9,40

6,38

13) CH3SCH3, l(C-S)

1,802

1,808

1,826

CH3SCH3, ÐCSС

98,9

100,1

99,6

CH3SCH3, ЭИ

8,69

9,13

6,07

14) CH3SSCH3, ЭИ

8,46

9,59

6,60

15) н-C3H7SH, ЭИ

9,20

9,63

6,54

16) н-C4H9SH, ЭИ

9,14

9,61

6,52

17) (CH3)3CSH, ЭИ

9,79

9,58

6,49

18) C4H4S (тиофен), l(C-S)

1,714

1,724

1,735

C4H4S, ÐCSС

92,1

91,4

91,5

C4H4S, ЭИ

8,86

9,07

6,62

19) C6H5SH, ЭИ

8,33

9,40

6,17

20) C6H5S×, ЭИ

8,63

9,55

6,30

Таким образом, анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что оптимизацию геометрии серосодержащих молекул целесообразно проводить методом функционала плотности. Далее, для оптимизированной геометрии следует провести расчёт методом Хартри-Фока с целью нахождения величины энергии ионизации. Перспективой дальнейших исследований является поиск оптимальных методов для расчёта энергии ионизации серосодержащих радикалов и молекул, содержащих фрагменты -Sn-, а также моделирование других молекулярных параметров, например, величин сродства к электрону и энергий разрыва химических связей.

Библиографический список:

1. Цирельсон В.Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела. – М.: Бином, 2010. – 496 с.
2. Берберова Н.Т., Шинкарь Е.В., Смолянинов И.В., Охлобыстина А.В. Сероводород и алкантиолы в синтезе биологически активных органических соединений серы: монография. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2016. – 260 с.
3. Травень В.Ф. Электронная структура и свойства органических молекул. – М.: Химия, 1989. – 384 с.
4. Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник. – Мн.: Современная школа, 2005. – 608 с.
5. Кондратьев В.Н. Энергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону / Под ред. В.Н. Кондратьева. – М.: Наука, 1974. – 351 с.




Рецензии:

3.09.2018, 15:43 Хасанов Шодлик Бекпулатович
Рецензия: В настоящее время квантовохимический расчет молекул позволяет прогнозировать свойства еще не синтезированных молекул. Вместе с тем, остро стоит вопрос подбора метода расчета и приближений для получения близких к практическим результатов. Данная статья посвящена подбору методов для расчета энергии ионизации. Результаты полученные автором могут быть использованы другими исследователями для моделирования строения предполагаемых к синтезу веществ, а также для определения такой важной составляющей как "состав-строение-свойство". Исходя из вышесказанного рекомендую данную статью к печати в электронном журнале.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх