Họ và tên: Huỳnh Thị Thanh Ý
Lớp

: Sư Phạm Hóa K37

Tổ

:

1

BÁO CÁO THỰC HÀNH HÓA HỌC TÍNH TOÁN
Bài 1: Tính năng lượng của nguyên tử He
(Giá trị thực nghiệm E0=-79 eV)
 Năng lượng He bỏ qua tương tác giữa các electron:

EHe=2 (-13.6 Z2/n2) = 2 * =-108.8 eV
Sai số : *100%=33.7%
 Năng lượng của He theo phương pháp gần đúng Staler:

EHe=-13.6 Z*2/n*2
b = 0.3
Z*=2 -0.3=1.7
E1s== 39.304 eV
EHe= 2(-39.304)= -78.608 eV
Sai số: *100%=0.5%
 Tính theo GausView và Gausian:

Hình vẽ

Năng lượng tính theo các phương pháp và bộ hàm cơ sở được thống kê trong bảng sau và

đã đổi sang eV


(1au= 27.2105 eV)
Phương HF
pháp
Bộ hàm
cơ sở
STO-3G
6-31G
6-311G
6-311G++(d,p)
cc-pVDZ
cc-pVTZ

-76.401207
-77.690342
-77.819184
-77,821592
-77.690345
-77.853412

MP2

CISD

CCSD

-76.401207
-77.995102

-78.170379
-78.494026
-78.393146
-78.755103

-78.098546
-78.268783
-78.657547
-78.572898
-78.916768

-78.098546-78.268772
-78.657547
-78.572898
-78.916768

 Nhận xét:

-Năng lượng được tính theo phương pháp gần đúng Staler và phương pháp HF, MP2,
CISD, CCSD có sai số thấp hơn cách tính bỏ qua tương tác giữa các electron
-Trong đó năng lượng được tính theo phương pháp CCSD và CISD với bộ hàm cc-pVTZ
là gần với giá trị thực nghiệm nhất

Bài 3: Tính năng lượng điểm đơn
A.Hãy tính năng lượng điểm đơn của phân tử H2O tại mức lý thuyết MP2/631G(d,p):
Hình học
I
II

Độ dài O-H (Å)

1,02
1,00

Góc HOH (độ)
104,5
104,5

Năng lượng (a.u.)
-76.2137844
-76.2170367


III
0,97
104,5
-76.2196195
IV
0,96
104,5
-76.2197722
V
0,95
104,5
-76.219526
VI
0,95
103
-76.2194807
VII
0,95

102
-76.2193847
VIII
0,95
106
-76.2194554
IX
0,95
107
-76.2193451
X
0,95
108
-76.2191853
Nhận xét: ở trạng thái hình học số IV với độ dài O-H 0,96Å, góc HOH 106° phân tử H2O
có cấu trúc bền nhất vì có giá trị năng lượng bằng -76.2197722 (a.u) thấp nhất.
-Đồ thị : biểu diễn sự phụ thuộc năng lượng vào độ dài liên kết O-H
Độ dài O-H (Å)
1,02
1,00
0,97
0,96
0,95

Năng lượng (a.u.)
-76.2137844
-76.2170367
-76.2196195
-76.2197722
-76.219526


-Đồ thị : biểu diễn sự phụ thuộc năng lượng vào góc liên kết HOH
Góc HOH (độ)
104,5
103
102

Năng lượng (a.u.)
-76.219526
-76.2194807
-76.2193847


106
107
108

-76.2194554
-76.2193451
-76.2191853

 Nhận xét :

Qua đồ thị ta thấy :
+ Khi độ dài liên kết O-H tăng từ 0,95Å đến 0,96Å thì năng lượng điểm đơn giảm, từ
0,96Å đến 1,02Å thì năng lượng điểm đơn tăng.
+ Khi góc liên kết HOH tăng từ 102o đến 104,5o thì năng lượng điểm đơn giảm, từ 104,5o
đến 108o thì năng lượng điểm đơn tăng .
B.Tính năng lượng điểm đơn của phân tử propen theo phương pháp HF và bộ hàm
cơ sở 6-31G(d) :

 Hình vẽ:


 Mặt phẳng chứa nhiều nguyên tử nhất là mặt phẳng OXY
 Năng lượng phân tử tính được theo phương pháp HF là:
E(RHF) = -117.06427368 a.u.
 Mô men lưỡng cực:

+ Độ lớn: 0.3310 (Debye)
+ Hướng : (theo mũi tên hình vẽ)
 Sự phân bố điện tích (tính theo Mulliken) của phân tử như hình vẽ:

+ Các điện tích âm phân bố trên các nguyên tử C, Các điện tích dương phân bố
trên các nguyên tử H.
+ Điện tích phân bố không đều trên các nguyên tử. Nguyên tử C sp3 có mật độ
điện tích âm lớn hơn so với các Csp2.
+ Tổng điện tích của phân tử bằng 0. Phân tử trung hòa về điện.


Bài 4: Sự phụ thuộc thời gian tính (CPU time) vào số hàm cơ sở.
 Năng lượng điểm đơn tính theo phương pháp HF/6-31G cho dãy các

hidrocacbon no mạch thẳng CnH2n+2 ( n= 1-8).
Số nguyên tử C(n)
1
2
3
4
5
6

7
8

CPU time (s)
2
2
3
3
4
6
7
9

Số hàm cơ sở (N)
17
30
43
56
69
82
95
108

Năng lượng (a.u.)
-40.180141
-79.1959516
-118.2135502
-157.230745
-196.2478547
-235.2649476

-274.2820444
-313.4273197


 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc thời gian tính và số hàm cơ sở của các phép tính

khi số nguyên tử C(n) tăng.

 Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy số hàm cơ sở và thời gian tính tăng khi số nguyên

tử Cacbon tăng.


Bài 8: Hãy xây dựng các bề mặt thế năng có thể có của quá trình
phân hủy NH2CHO theo phương pháp B3LYP/6-31+G(d,p).
a, Xét phản ứng : NH2CHO  NH3 + CO
Chất

Năng lượng điểm
đơn

Năng lượng tương
đối E

Kcal/mol

Kcal/mol

NH2CHO


-106591

0

TTCT (TS)

-106512

79.3631

-106578

12.8343

Chất Đầu (CĐ)

Sản phẩm
NH3 + CO
E (kcal/mol)

79
TS


13
NH3 + CO

0
NH2CHO


b, Xét phản ứng : NH2CHO  H2 + HCNO
Chất

Năng lượng điểm
đơn

Năng lượng tương
đối E

Kcal/mol

Kcal/mol

NH2CHO

-106591

0

TTCT (TS)

-106512

78.2725

-106568

22.5863

Chất Đầu (CĐ)


Sản phẩm
H2 + HCNO
E (kcal/mol)

78


23

HNCO + H2

0

NH2CHO
c, Xét phản ứng : NH2CHO  HCN + H2O
Chất

Năng lượng điểm
đơn

Năng lượng tương
đối E

Kcal/mol

Kcal/mol

NH2CHO


-106591

0

TTCT (TS1)

-106546

44.3919

Chất trung gian (TG)

-106564

26.0889

TTCT (TS2)

-106515

75.4431

-106566

24.0427

Chất Đầu (CĐ)

Sản phẩm
HCN + H2O

E (kcal/mol)

TS2
75

TS1
44

26
24

0

TG

HCN+ H2O


NH2CHO

d, Xét phản ứng : NH2CHO  HNC + H2O
Chất

Năng lượng điểm
đơn

Năng lượng tương
đối E

Kcal/mol


Kcal/mol

Chất Đầu (CĐ)
NH2CHO

-106591

0

TTCT (TS1)

-106519

71.7276

Chất trung gian(TG)

-106547

43.6451

TTCT (TS2)

-106502

88.78435

-106553


37.0771

Sản phẩm
HNC + H2O
E (kcal/mol
TS2
90
TS1
70

TG
43
37
HNC + H2O

0
NH2CHO


Bài 9: Xây dựng bề mặt thế năng:
•

Xây dựng bề mặt thế năng của các phản ứng cộng: CH2=CH2 + HX (X: F,Cl,Br) và
CH2=CH2 + H2Z (Z: O, S, Se) theo phương pháp HF/6-31+G(d,p).

+ Phản ứng: CH2=CH2 + HF  CH3- CH2F
Chất

Năng lượng (E+ZPE)
Kcal/mol


Năng lượng tương
đối E
Kcal/mol

Chất phản ứng

-111696.7513525

0

CH2=CH2 + HF
TTCT (TS)

Phức π
Sản phẩm

-111638.05563

58.6957225

-111698.3627725

-1.6114200

-111708.7478975

-11.9965450



E
6

TS

CH2=CH2 + HF
0
Cπ
SP
-12

Tọa độ phản ứng
+ Phản ứng: CH2=CH2 + HCl  CH3- CH2Cl

Chất

Năng lượng (E+ZPE)
Kcal/mol

Năng lượng tương
đối E
Kcal/mol

Chất phản ứng
CH2=CH2 + HCl

-337625.6207450

0



47.3084800

TTCT (TS)

-337578.3122650

-337626.3172700

Phức π

-0.6965250
-337638.6953350

Sản phẩm

E

-13.0745900

TS

47

CH2=CH2 + HCl

0
Cπ

-13


SP

Tọa độ phản ứng


+ Phản ứng: CH2=CH2 + HBr  CH3- CH2Br
Chất

Năng lượng (E+ZPE)
Kcal/mol

Năng lượng tương
đối E
Kcal/mol

Chất phản ứng

-1661912.4049600

0

CH2=CH2 + HBr
TTCT (TS)
Phức π
Sản phẩm
E

-1661871.5145500


40.8904100

-1661913.9969275

-1.5919675

-1661929.0343375

-16.6293775

TS

40

CH2=CH2 + HCl

0
Cπ

-16

sp

+ Phản ứng: CH2=CH2 + H2O  CH3- CH2OH
Chất

Năng lượng (E+ZPE)

Năng lượng tương
đối E



Chất phản ứng

Kcal/mol
-96632.9825875

Kcal/mol

-96559.5581850

73.4244025

-96633.4463100

-0.4637225

-96641.6527550

-8.6701675

0

CH2=CH2 + H2O
TTCT (TS)
Phức π
Sản phẩm
E

TS


73

CH2=CH2 + H2O

0
Cπ

-8

sp
Tọa độ phản ứng

+ Phản ứng: CH2=CH2 + H2S  CH3- CH2SH
Chất

Năng lượng (E+ZPE)
Kcal/mol

Năng lượng tương
đối E
Kcal/mol

Chất phản ứng

-299096.8201725

0



CH2=CH2 + H2S
TTCT (TS)
Phức π
Sản phẩm
E

-299030.5386025

66.2815700

-299096.9099050

-0.0897325

-299109.6901975

-12.8700250

TS

66

CH2=CH2 + H2S

0
Cπ

-12

sp

Tọa độ phản ứng
+ Phản ứng: CH2=CH2 + H2Se  CH3- CH2SeH
Chất

Năng lượng (E+ZPE)
Kcal/mol

Năng lượng tương
đối E
Kcal/mol

Chất phản ứng

-1554144.4687575

0

CH2=CH2 + H2Se
TTCT (TS)
Phức π

-1554085.3362950
-1554145.7645450

59.1324625
-1.2957875


Sản phẩm
E


-1554163.3502325

TS

59

CH2=CH2 + H2Se

0
Cπ

-18

sp
Tọa độ phản ứng

-18.8814750


•

Bảng giá trị các thông số nhiệt động tính bằng Kcal/mol của các chất tính theo
phương pháp HF/6-31+G(d,p)
∆Go
Kcal/mol
-48951.37791
-62769.12746
-288698.9337
-1612986.557

-47706.11922
-250171.17541
-1505219.77152
-111724.4831
-337655.0982
-1661946.174
-96657.51721
-299126.43064
-1554180.86941

Chất
CH2=CH2
HF
HCl
HBr
H2 O
H2S
H2Se
CH3- CH2F
CH3- CH2Cl
CH3- CH2Br
CH3- CH2OH
CH3- CH2SH
CH3- CH2SeH
Ở nhiệt độ: T = 298K ta có:
+ Phản ứng: CH2=CH2 + HX  CH3- CH2X

∆Go pứ = ∆Go (CH3- CH2X) –(∆Go (CH2=CH2 ) + ∆Go (HX) )
Hằng số cân bằng: Keq(T) = exp(-∆Go/RT)
Hằng số tốc độ phản ứng: k = (kB.T/h) . exp(-∆Go/RT)

Với: kB= 0.3321095 x10-23

cal/K

h = 1.583554 x10-34

cal.s

R= 1.9872 cal/K.mol
Năng lượng hoạt hóa: Ea = E(TS) – E(Chất phản ứng)
•

Phản ứng: CH2=CH2 + HF  CH3- CH2F

∆Go pứ = -3.97773 Kcal/mol
Keq(T) = 826.3617511
k = 5.16458 x1015

s-1

Ea = 58.6957225 Kcal/mol
•

Phản ứng: CH2=CH2 + HCl  CH3- CH2Cl

∆Go pứ = -4.78659 Kcal/mol
Keq(T) = 3238.682777


k = 2.102411 x1016 s-1

Ea = 47.3084800 Kcal/mol
•

Phản ứng: CH2=CH2 + HBr CH3- CH2Br

∆Go pứ = -8.23909 Kcal/mol
Keq(T) = 1102421.671
k = 6.88989 x1018 s-1
Ea = 40.8904100 Kcal/mol
•

Phản ứng: CH2=CH2 + H2O  CH3- CH2OH

∆Go pứ = -0.02008 Kcal/mol
Keq(T) = 1.034489727
k = 6.46533 x1012 s-1
Ea = 73.4244025 Kcal/mol
•

Phản ứng: CH2=CH2 + H2S  CH3- CH2SH

∆Go pứ = -3.87732 Kcal/mol
Keq(T) = 697.480325
k = 4.3591 x1015 s-1
Ea = 66.2815700 Kcal/mol
•

Phản ứng: CH2=CH2 + H2Se  CH3- CH2SeH

∆Go pứ = -9.71998 Kcal/mol

Keq(T) = 13439910.113
k = 8.39965 x1019 s-1
Ea = 59.1324625 Kcal/mol

•

Nhận xét:

+ Khả năng phản ứng cộng của CH2=CH2 với các HX: tăng dần từ HF  HCl  HBr
tức khả năng phản ứng của CH2=CH2 với HBr là mạnh nhất, với HF là yếu nhất.
+ Khả năng phản ứng cộng của CH2=CH2 với các H2Z: tăng dần từ H2O  H2S 
H2Se tức khả năng phản ứng của CH2=CH2 với H2Se là mạnh nhất, với H2O là yếu nhất.