Gaussian软件绘制苯分子轨道实验报告_化学_自然科学_专业资料

1、西南大学化学化工学院物理化学实验报告实验名称苯分子轨道和电子结构级班姓名学号同组人 指导老师 实验日期年月日实验环境室温°c大气压_mmhg仪器型号实验目的（1）掌握休克尔分了轨道法的基木内容（2）学会用休克尔分子轨道法分析和计算苯分子ii轨道分布（3）学会用计算的化学方法研究简单分子的电子结构实验原理基本理论离域n键:形成n键的电子不局限于两个原子的区域，而是在参加成键的多个原 子形成的分子骨架中运动，这种由多个原子形成的n型化学键称为离域n键 共辄效应:形成离域n键,增加了 n电子的活动范围，使分子具有特姝的物理化 学性质，这种效应称为共辘效应分子轨道法:原子组合成分子时，原来专

2、属于某一原子的电子将在整个分子范围 内运动，其轨道也不再是原来的原子轨道，而成为整个分子所共有的分子轨道 休克尔分子轨道法：为了讨论共轨体系的分子轨道，1931年休克尔应用 lcao-mo（分子轨道的原子线性组合）法，采用简化处理，解释了大量有机共辄分 了性质，该方法称为休克尔分了轨道法，简称hmo法。该方法针对平面共辘体系 的主要特点，能给出离域fi键体系的基本性质 休克尔分子轨道法主要运用了下列基本假设：o-n分离体系:对于共轨分子，构 成分子骨架的o电子与构成共轨体系的n 电子由于对称性不同，在 讨论共轨分子的结构吋，可以近似的看成互相独立的， 把。电了和兀电了分开处理.独立兀电子近似:

3、分子屮的电子由于存在相互作用，运动不是独立的，但 若将 其它电子对某电子的作用加以平均，近似地看成是在核和其它电子形成的固定 力场上运动，则该电子的运动就与其它电子的位置无关，是独立的.lcao-mo近似:对于兀体系，可将每个n分子轨道看成是由齐个碳原子提供的对称性匹配的p轨道e i进行线性组合得的.甲二g4 + c2©2+ + c、e huckel近似:认为每个电了在每个原了核附近运动时的能量和同休克尔分子轨道法基本内容 在分子小把原子核、内层电子、非 键电子连同。电子-起冻结为“分子实”， 构 成了由o键相连的分子骨架，兀电子在分子骨架的势场中运动。由此，可写 出一个口电子的ha

4、milton算符及轨道方程hw=ew ( 1-1)采用变分法，兀电了分了轨道表示为所有碳原了的对称性匹配的p原了轨道的线v =ci 1 +性组合:c2 4>2 + + cn(1)n (1-2) 代入(1-1)式，按线性法处理得有关系数线性齐次方程组：(hn-e) c(hm-e)1+ ( h12-esl2) c 尹+( hln-es1n) = 0c ( fk-esq c 2+ ( hzesq =0 (1-3).式屮己假定原子轨道是归一化的，h “ s“代表能量积分及重叠积分:h rs= f(br*h(bdt, srs= f(br*(bsdt (1-4) 进一步的近似假定(1) h rr=a

5、 (r=l, 2, n), a称之为库伦积分(2) h rs= p对应于原了 r和s邻近，否则二0(3) b称为共振积分s rr=0(rs)即为忽略重叠近似做上述处理后久期方程可化为:«-e)00 0 '巧p (a-e)p0£=00 00 (01 £)_cx_(1-5)进一步做变换，x = ( u-e) /b ,式(1-5)的非零解方程化为jc100_1x10=0000jc(1-6)由上述方程通过求x得n个e i值并回代到久期方程，再结合归一化条件得分 子轨道组合系数cik及屮i苯环的分子轨道计算苯分子骨架图xq+q+q =0 q +x<2 +q =

6、05 +xq +g =o q+q+q=0 屮屮啟二0(2-2)jc 1 0 01x10 olxl 0 0 1a: 0 0 0 1 10 0 00001x1100 =0(2-3)展开行列式x 6 - 6+ 9 x 2- 4=0“i、©2、" 3、4)4> ©5、4> 6是苯环6个n电子的原子轨道波函数，根据分了轨道法，每个口电了的轨道波函数，可表示为:屮二q 10 1+c 2© 2+c 3 0 3+c 4 0 1+c 5 0 s+c 60 6 ( 2t )轨道系数方程(cc-£)q 4出= 0pq +(a-£) +匕=0 o

7、r 陶十(a-£h十旳=0 匡 +(oc-£)c4 + 匕二 0pq +舱 +(a-恥二 0久期方程x 的六个解 x t=-2； x 2, x 3=-1; x 4, x 5=1, x 6二2分子轨道能量分子轨道系数：将每一轨道能量值或x值代入（2-2）并结合诡 归一化条件，可以求出相应分子轨道的组成系数，例如，对于x=2时（2-2）式 具体形式为n +q+q =0< +n+q =0cn +c$ =0q十十兮二0q+% +q=0（2-4）去掉第一个方程，将c1移到等号右边n+q 二-qcy +q 0 q - 2+g 二 0 q -乙 +q 二 0 k-2%=-q 呼)可

8、解得 c 1- c 2= c 3 c 4 二 c 5二 c 6结合归一化条件得屮二q® 绥+q 曙 +c4%+纟3 +c6% 二e舟(2-6)轨道波函数为能量分子轨道£ =a+2pq二石g+令十十足+滋）e> =a+p吐二击（却+笑-吗卑+%）屮产亍2一性-%） v4£=a-p（坷一电 一+吗-电1/12毘皿2p%= r（<ft 坠 5 9v% *）实验相关软件gaussian 98 程序包gaussian图形查看程序gview2 实验步骤（1）构建分子结构（2）编写输入文件（3）结果杳看，数据统计（4）同样的方法研究丁二烯的分子轨道和电子结构数据记录

9、与处理一、苯分了(1)苯的六个兀轨道形状和能量轨道数能量图形17-0.5085921-0.33905230.15131轨道数能量图形20-0.33905220.15131*290.375641(2) 苯分了中离域兀键的键长1.3840(3) 苯分子中碳原子和氢原子的电荷c -0. 239313h 0.239313二、丁二烯分子(1 ) 丁二烯分了的h轨道形状和能量轨道数is图形14-0.4480015-0.32517160.13185170.27061(2) 丁二烯分子中离域兀键的键长c=c 1.320c-c 1.470（3）j'二烯分子中碳原子和氛原子的电荷1 c-0.4118922

10、 c-0.2467303 c-0.2467304 c-0.4118925 h0.2109456 110. 2170487 h0.2306298 h0.2306299 h0.21704810 h0.210945实验讨论(1) 什么是离域口键？离域n键：形成口键的41子不局限于两个原子的区域，而是在参加成键的多个原子形成的分了骨架中运动，这种rti多个原了形成的口型化学键称为离域口键(2) 什么是共辘效应?共轨效应：形成离域ii键,增加了 口电了的活动范围，使分了具冇特殊的物理化学性质，这种效应称为共轨:效应（3）写出苯的hmo列式方程，并由此计算出和应的6个分了轨道波函数.（4）写出丁二烯的hmo列式方程，并由此计算出相应的4个分子轨道波函数.（5）简述克尔分轨道法的基本内容.为了讨论共純体系的分子轨道，1931年休克尔应用lcao-mo（分子轨道的原子线性组合） 法，采用简化处理，解释了大量有机共饥分子性质，该方法称为休克尔分子轨道法，简称 hmo 法。（6）休克尔分了轨道法用到了哪些假设？1 .h rr= （r=1,2,n）, a称之为库伦积分2.h rs= p对应于原子r和s邻近，否贝ij=o3.0称为共振积分s rr=