Реферат
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Квантово - химические методы и ППЭ 8
1.1.1 Уравнение Шредингера 8
1.1.2 Приближение Борна - Опенгеймера 8
1.1.3 Вариационный принцип 9
1.1.4 Метод Хартри - Фока или одноэлектронное приближение 9
1.1.5 Метод Меллера - Плессета 10
1.1.6 Метод связанных кластеров 11
1.1.7 Базисные наборы 12
1.1.8 Поверхность потенциальной энергии (ППЭ) 13
1.2 Связь внутренних и симметризованных координат 15
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 18
2.1 Построение Поверхности потенциальной энергии и поверхности дипольного момента 18
2.1.1. Расчет оптимальной геометрии молекулы. 18
2.1.2 Построение одномерных угловых поверхностей. 19
2.1.3 Построение 1П1Э 23
2.1.4 Построение ПДМ 24
2.1.5 Улучшенный метод расчета сетки геометрии 28
2.2 Подсчет вероятностей распределения различных изотопологов хлора в атмосфере Земли и расчет статистических весов 31
2.2.1 Вероятности нахождения различных изотоплогов хлора в атмосфере Земли 31
2.2.2 Расчет статистических весов молеклы CC14 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
В данной работе рассматривается молекула CC14 (тетрахлорметан, четырёххлористый углерод). Она представляет собой бесцветную тяжёлую жидкость, которая не растворяется в воде и не воспламеняется. Данное соединение является ядовитым, при нагревании разлагается и образует отравляющее вещество фосген, поэтому его перестали использовать как средство для тушения пожара. Наиболее токсичные эффекты воздействия тетрахлорметана на человека наблюдаются в центральной нервной системе, печени и почках.
Тетрахлорметан является озоноразрушающим веществом, способствует глобальному потеплению и вреден для здоровья человека. Последствия и симптомы отравления представлены в статье [25]. Производство и применение четырёххлористого углерода было ограничено Монреальским протоколом. В настоящее время есть действующие источники тетрахлорметана, попадающего в атмосферу, о них рассказывается в статье [17].
CC14 является достаточно долгоживущим соединением, хотя оно поглощается океаном и почвой. Оценка времени жизни тетрахлорметана приведены в статьях [20], [24].
Предметом изучения в данной работе является построение поверхности потенциальной энергии и дипольного момента молекулы CC14 для моделирования спектров высокого разрешения.
Молекулярная спектроскопия является важной областью, которая помогает в исследовании мира. С её помощью можно определить свойства и состав молекул в атмосфере Земли, и молекул в атмосфере других планет. Способность анализировать спектры привела к открытию новых химических элементов, а также к определению элементов, из которых состоит то или иное вещество или смесь веществ.
Как известно, разделяют данные, полученные из теоретического моделирования спектров, и данные, полученные экспериментальным путем. Конечно, на первый взгляд кажется, что лучше всего использовать экспериментальные данные, но это не совсем верно. Есть несколько причин, исходя из которых, используют именно моделирование спектров. Во-первых, проведение эксперимента может быть дорогостоящим действием. Во-вторых, есть такие теоретические результаты, которые невозможно или очень трудно получить экспериментальным путем.
Целью данной работы является построение поверхности потенциальной энергии и поверхности дипольного момента для моделирования спектров молекулы CC14 из первых принципов в ИК - диапазоне (v ~ 10 - 5000 см-1).
Этапами настоящей работы являются:
1. Определение оптимальной геометрии молекулы
2. Построение радиальных и угловых одномерных сечений молекулы
3. Построение ППЭ и ПДМ
4. Расчёт вероятностей распространения в атмосфере Земли основных изотопологов хлора
5. Расчёт статистических весов молекулы
Ш1Э полезно тем, что дает положение линии в спектре, а ПДМ позволяет найти интенсивность линии. Для получения поверхности потенциальной энергии необходимо найти:
1. Оптимальную геометрию молекулы.
2. Взаимосвязь внутренних и симметризованных координат.
3. Одномерные сечения поверхности потенциальной энергии
4. Многомерную сетку геометрии для построения аналитической формы геометрии
На основе сетки геометрии, полученной для поверхности потенциальной энергии, строится поверхность дипольного момента.
Моделирование спектров основывается на методах квантовой химии, которые включают в себя численное решение уравнений квантовой механики. В свою очередь, уравнения квантовой механики описывают строение молекулярных систем, состоящих из электронов и ядер.
Есть три вида квантовохимических методов: эмпирический, полуэмпирический и неэмпирический, или ab initio. В настоящей работе будем использовать последний метод. Он состоит в том, что молекулярное уравнение Шредингера решается строго, путем введения последовательных приближений.
Оптимальная геометрия молекулы была найдена методом CCSD(T) с базисом VTZ. Получили равновесное значение CC14, равное г0=1.77688839А. В прошлом году, пользуясь теорией из монографии (6), действуя проекционным операторам, были найдены симметризованные радиальные и угловые координаты. Одномерные поверхности потенциальной энергии строились как графики энергии, зависящей от симметризованных радиальных и угловых координат. С использованием метода CCSD(T) и базиса VTZ были получены аналитические формы ППЭ и ПДМ молекулы. Продемонстрирован улучшенный метод получения симметризованных координат без параметра взаимодействия, что должно улучшить итоговые результаты Ш1Э. Также посчитаны вероятности распределения в атмосфере Земли основных изотоплогов хлора и статистические веса молекулы CC14.
Во время работы были использованы программы: MOLPRO, Gaussian, Excel, Chemcraft, Maple, GaussView.
В ходе работы была получена оптимальная геометрия молекулы. Найдены равновесная длина связи г0 =1.77688839А и минимальная энергия колебаний Е0 = -1876.93580388 hartree с помощью метода CCSD(T) и базиса VTZ. С использованием симметризованных радиальных и угловых координат, полученных в прошлом году, были построены одномерные радиальные и угловые сечения поверхности потенциальной энергии.
Из полученных данных был найден набор из 5182 точек потенциальной энергии, по которым была построена аналитическая форма поверхности потенциальной энергии. Также проведен расчёт поверхности дипольного момента, и построена аналитическая форма ПДМ из набора 15546 точек.
В продолжении работы были рассчитаны вероятности распространения 35 и 37-го хлоров в атмосфере Земли и статистические веса молекулы CC14.
Следующим этапом работы является расчет и анализ ИК спектров молекулы CC14 для её дальнейшего изучения.
Изучение молекулы CC14 важно, так как она представляет опасность для человека и природы. Кроме того, это парниковый газ с достаточно большой концентрацией в атмосфере Земли.
