结构化学实验2012结构化实验2012结构化学实验2012结构化学实验2012.docVIP

结构化学实验 姓 名： 专业班级： 学 号： 目录 实验一. 分子的立体构型和分子的性质 1 实验二. 分子的结构参数及能量研究 3 实验三. 原子轨道及分子轨道研究 5 实验一. 分子的立体构型和分子的性质 一、目的 分子的立体构型是从分子中原子排布的几何关系描述分子的结构，对于了解分子的性质具有重要意义。 本实习通过自己动手制作和仔细观察分子模型，掌握分子的空间结构，加深对分子构型和分子性质的了解。 二、内容 1. 制作多面体模型 用厚纸片按图示的图形制作四面体、立方体、八面体、正三角二十面体和正五角十二面体。在制作时，边长不应小于5cm(可分别制作，每人选作一个，互相交换使用)。 图1 多面体模型的制作 (a)四面体，(b)立方体，(c)八面体，(d)正三角二十面体，(e)五角十二面体 2. 用球和棍搭制分子模型了解其对称性 （1）搭出下列分子模型，了解他们的对称性，填写表中各栏内容。CH4，H2O2，SF6，N4(CH2)6，C6H12（环己烷：船式和椅式），C2H6（重叠式、交叉式以及介于这两者之间的型式）。 根据模型，填写下表 分 子 对 称 元 素 及 数 目 点 群 偶 极 矩 旋 光 性 对 称 轴 镜 面 i CH4 （四面体） 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 SF6 （八面体） 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 B12 （正三角二十面体） 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 环 己 烷 船式 　 　 　 　 　 　 椅式 　 　 　 　 　 　 H2O2 　 　 　 　 　 　 C2H6 重叠式 　 　 　 　 　 　 交叉式 　 　 　 　 　 　 中间式 　 　 　 　 　 　 N4（CH2）6 　 　 　 　 　 　 注意：在搭制分子的球棍模型时，通常按照下面的惯例用不同的颜色表示不同的原子：C黑色，H浅灰色，O红色，N蓝色，Cl绿色，Br红棕色，I红紫色，S黄色，P紫色；金属原子则以该金属单质显示的颜色表示。 （2）搭出下列丙二烯型化合物的模型，了解它们的对称性，写出它们所属的点群。 H2C=C=CH2, ClHC=C=CH2, Cl2C=C=CH2, ClHC=C=CHCl （3）搭出L型氨基酸、D型甘油醛、Cr（en）33+ 及它们的对映体的模型。 （4）搭出 的分子模型，使它具有I4和S4，但没有i，σ，C4 。 实验二. 分子的结构参数及能量研究 一、实验目的 1. 熟悉常见分子构型 2. 了解结构化学理论在实际中的应用，加深对结构化学相关理论的理解。 3. 了解量子化学计算软件的使用。 二、提要 1. 水分子中，氧原子采用sp3不等性杂化，其中两个杂化轨道填充两对孤对电子，另外两个杂化轨道各有一个单电子和H原子形成化学键，两个O—H键的夹角为104.5度，分子构型成V型。氨分子中，N原子，采用sp3不等性杂化，其中一个杂化轨道填充一对孤对电子，另外三个杂化轨道和三个H形成N—H键，分子呈三角锥形。H2O2分子，为非平面构型，两个O—H键，不在一个平面上。苯分子，为平面构型分子。 2. 在结构化学中，曾用“变数分离”方法对于单电子体系（氢原子和类氢离子）的薛定谔方程进行精确求解。但是对于多电子的分子体系，由于第i个电子与其余电子间的排斥能取决于所有电子的坐标，使这种分离成为不可能。但是可以在定核近似下，将核的运动分离出去后，在固定的核势场中近似求解多电子体系的能量本征方程。具体做法是，对第i个电子，可以假定一个单电子的分子轨道（单电子近似），并将它用现成的原子轨道线性展开（LCAO近似）。这时，薛定谔方程由微分方程变为一个齐次线性的代数方程组。求解该方程组，即求各分子轨道能级及相应的分子轨道展开系数。具体过程是在给定的核坐标下，先猜测一组展开系数，带入方程组，得到一组新的系数，再带入方程组求解，周而复始，直到前后两组系数相同，称为“自洽场迭代”。这就是HF自洽场分子轨道方法。 量子化学计算的核心问题是求解薛定谔方程，在Hartree-Fock方法中，对于N电子体系，至少有3N个电子的坐标耦合在一起，因此计算量随电子数的增多而迅速增加，只能用来模拟一些相对比较小的分子体系。密度泛函理论（DFT）是由Walter Kohn在1965年发展起来的一种计算方法。他发现分子体系的能量和电子密度有