结构化学实验报告

重庆大学化学化工学院《结构化学》实验报告

姓名学号：

年级专业：

指导老师：

重庆大学化学化工学院

2013年12月21日

实验一利用量子化学计算软件验证分子轨道理论和判断分子点群

一、主要仪器设备及软件

1、仪器：用于计算的计算机。

2、软件：gview

A、建模软件

(1) Chemoffice是一款广受化学学习、研究者好评的化学学习工具。

(2) GaussView 主要功能有创建三维分子模型，计算任务设置全面支持Gaussian 计算，和显示Gaussian计算结果等。

B、计算软件：

(1) Gaussian:量子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，由量子化学家约翰波普的实验室开发，可以应用从头计算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构；过渡态能量和结构；化学键及反应能量；分子轨道；偶极矩；多极矩；红外光谱和拉曼光谱，核磁共振，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等分子相关计算。

(2) Materials Studio：是ACCELRYS 公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在PC上的模拟软件。

(3) V ASP是使用赝势和平面波基组，进行第一定律分子动力学计算的软件包。

(4) Gamess-US: 由于免费与开放源码，成为除Gaussian以外，最广泛应用的量子化学软件，目前由Iowa State Uinversity的Mark Gorden 教授的研究组主理。

(5) CASTEP:是由密度泛函理论为基础的计算程式所组成，同时采用平面波(plane wave)为基底处理波函数，可针对具有周期性的固态材料表面进行化学模拟计算。

(6) ATK：是由丹麦公司QuantumWise A/S开发的一款通用的电子态结构计算软件。

其他量子化学计算软件目前，除了上面提到的几版著名量子化学计算软件之外，还有大量商业和免费的量子化学计算软件，其中绝大部分是从事量子化学或计算化学研究的实验室自行开发的，此外，一些著名的大型化学软件如HyperChem、Chem3D、Sybyl 等，也包含有量子化学计算包。

二、实验目的

1、了解常用的计算方法及相应的基组，如半经验方法有AM1、PM3等，从头算法有HF、B3LYP、MP n、CCSD等，基组3-21G(d),6-31+G(d)等。

2、学会利用建模软件构建简单的化学分子；会设置Gaussian的计算格式，能够对

计算结果进行利用分析；能够根据已学的理论知识利用软件判断简单分子的点群，且会设置计算。

3、会利用GaussView画分子结构和分子轨道图；能够用分子轨道理论解释O2、N2、F2、等简单分子，将阶层分子轨道能级顺序与分子轨道对应。

4、通过计算用休克尔原理解释苯和氯苯的电子态。

三、实验步骤

1. 利用GaussView建模

打开GaussView软件，执行File-New-Create ModGroup(Ctrl N)打开一个新的窗口，点击File下面的6C按钮，出现元素中期表，点击O，选择下面的中间双键O，在打开的新的窗口中点击两次，第二此点击没有O的双键末端，就建立成O2分子的模型。

2. Gaussian 计算

打开Gaussian窗口从路径找到保存O2-3.gjf和O2-1.gjf文件分别计算。

3.结果分析

(1) out或log文件

(2）GaussView分析

(3) 点开下面Surfaces Available：选择要显示的分子轨道，然后通过Surface Actions-show Surface，调整位置，保存图形为bmp格式，然后通过Surface Actions-hide surface 隐藏显示轨道，选择下一个分子轨道保存。

4．同样的方法计算N2，F2、CO、苯和氯苯。分析苯的休克尔分子轨道及相应的轨道类型。

实验数据：

1．O2单重态价电子组态：

∗)2

(σ2s)2(σ2s∗)2(π2px)2(σ2pz)2(π2py)2(π2px

计算结果：

%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\O2.chk

# hf/6-31+g(d,p) geom=connectivity

Title Card Required

0 1

O -1.32731959 0.41237113 0.00000000

O -2.48891959 0.41237113 0.00000000

1 2 2.0

2

分子轨道图：

(σ2s )2

(σ2s ∗)2

(π2px )2 (σ2pz )2

O 2三重态 价电子组态：

(σ2s )2(σ2s ∗)2(σ2pz )2(π2px )2(π2py )2(π2px ∗)1(π2py ∗)1

计算结果：

%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\O 2.chk # hf/6-31+g(d,p) geom=connectivity Title Card Required 0 3

O -1.32731959 0.41237113 0.00000000 O -2.48891959 0.41237113 0.00000000 1 2 2.0 2

分子轨道图：

(σ2s )1 (σ2s ∗)1 (σ2pz )1 (σ2px )1

(π2px ∗)2 (π2py ∗)0

(π2pz ∗)0

(σ2py )2