Задаци за вежбање
Задаци за вежбу бр 4 (Квантно-хемијске методе):
Вежбање 1.
У програму Аргуслаб нацртајте молекул бензена и оптимизујте га молекулском механиком и УФФ пољем сила. За тако оптимизовану геометрију израчунајте енергију у програму ОРКА користећи Хартри-Фокову методу и 3-21G базни скуп.
Задатак 1.2. Написати Z-матрице за молекуле цис- и транс- 1,2-дихлоретена. У чему је разлика између матрица за ова два молекула?
Задатак 4.1.
Дата је геометрија молекула метантиола у облику xyz-координата. У програму ORCA израчунајте енергију ове геометрије користећи Хартри-Фокову методу и 3-21G базни скуп.
S -1.798886 0.747454 -0.088292
H -1.764473 0.985511 1.225877
C -2.498203 -0.922865 0.019354
H -2.595462 -1.277637 -1.002445
H -1.838125 -1.594222 0.558614
H -3.481598 -0.911364 0.47764
Е = _____________________
Задатак 4.2.
Уз помоћ Хартри-Фокове методе оптимизујте геометрију молекула флуороводоника користећи следеће базне скупове: STO-3G, 3-21G, 6-31G и 6-31G(d). Упоредите време трајања прорачуна и растојања између атома флуора и водоника за прорачуне са различитим базним скуповима и са експерименталним подацима (експериментално одређена дужина везе у молекулу HF износи 0,917Å).
Задатак 4.3.
У програму ArgusLab нацртајте молекул бензена и оптимизујте му геометрију помоћу молекулске механике. Сачувајте оптимизовану геометрију као .xyz фајл, а затим је поново оптимизујте у програму ORCA користећи Хартри-Фокову методу и 3-21G базни скуп. Упоредите геометрију оптимизовану молекулском механиком са геометријом оптимизованом Хартри-Фоковом методом.
Задатак 4.4.
Молекул PF5 може да постоји у облику тригоналне бипирамиде и квадратне пирамиде. У програму ORCA израчунајте енергију обе геометрије користећи Хартри-Фокову методу и 6-31G(d,p) базни скуп и одредите који је од ова два облика стабилнији? Имајући у виду разлику у енергији између две геометрије, процените да ли при нормалним условима може да дође до Беријеве псеудоротације (преласка из једне геометрије у другу)?
Е = ______________ Е = ______________
Задатак 4.5.
Уз помоћ Хартри-Фокове методе и 3-21G базног скупа скенирајте валенциони угао у молекулу воде од вредности угла 64,4° до вредности 144,4° у 8 корака. Запишите енергије за сваку тачку и графички прикажите зависност енергије од валенционог угла.
Задатак 4.6.
Уз помоћ Хартри-Фокове методе и STO-3G базног скупа скенирајте торзиони угао у молекулу етана од вредности угла 0° до вредности 90° у 10 корака. Запишите енергије за сваку тачку и графички прикажите зависност енергије од торзионог угла.
Задаци за вежбу бр 5 (Пост-Хартри фок методе):
Задатак 5.1.
Користећи HF и MP2 методе као и 6-31G базни скуп одредите енергију корелације електрона у молекулу водоника (дужина везе у молекулу H2 износи 0,74 Å).
EHF = _____________________
EMP2 = _____________________
Eкорелације = _________________
Задатак 5.2.
Користећи 6-31G(d) базни скуп оптимизујте геометрију молекула литијум-хидрида следећим ab initio методама: HF, MP2 и full CI. Упоредите време трајања прорачуна и дужине Li-H везе добијене различитим методама са експерименталним подацима (експериментално одређена дужина везе у молекулу LiH износи 1,596 Å).
Задатак 5.3.
Користећи 6-31G(d) базни скуп оптимизујте геометрију молекула воде следећим ab initio методама: HF, MP2 и full CI. Упоредите величине H-O-H угла добијене различитим методама са експерименталним подацима (експериментално одређена величине H-O-H угла у молекулу воде износи 104,5°).
Задатак 5.4.
Користећи def2-TZVP базни скуп и MP2 односно HF методу оптимизујте геометрију и израчунајте енергију сребро-хлорида. Прокоментаришите разлике у енергијама добијене овим методама.
EHF = _____________________
EMP2 = _____________________
Задатак 5.5
Оптимизујте геометрију [Fe(H2O)6]3+ јона коришћењем MP2 методе и 3-21G базног скупа (координате су дате у прилогу). Упоредите дужину везе гвожђе-кисеоник у оптимизованој структури са експериментално одређеном дужином везе (1,997Å).
Координате:
Fe 0.000047 -0.000114 0.000013
O -0.199873 1.108797 1.733279
H 0.380320 1.865880 2.020956
O -1.236638 1.328040 -0.990513
H -1.665421 2.138758 -0.601345
O -1.643746 -1.133837 0.535682
H -2.594241 -0.943118 0.306097
O 0.198381 -1.109845 -1.732630
H 0.891437 -0.986937 -2.437690
O 1.238604 -1.327482 0.989961
H 1.513573 -1.279077 1.946292
O 1.643403 1.134541 -0.535766
H 2.593848 0.945769 -0.304430
H -1.516941 1.276571 -1.945157
H 1.632468 1.972748 -1.074090
H -0.894758 0.986836 2.436707
H 1.671714 -2.135426 0.599824
H -0.383130 -1.865932 -2.020344
H -1.633554 -1.973176 1.072267
Задаци за вежбу бр 6 (DFT методе):
Задатак 6.1.
Израчунајте енергију молекула CO користећи 6-31G* базни скуп и BP86 функционал односно HF методу. Запишите и упоредите енергије добијене различитим методама и објасните разлику. За прорачуне искористите дату геометрију:
C 0.0 0.0 0.0
O 0.0 0.0 1.13
EHF = _____________________
EBP86 = _____________________
Задатак 6.2.
У програму ArgusLab нацртајте молекуле циклопропана, циклобутана и циклопентана и оптимизујте им геометрије користећи семиемпиријску AM1 методу. Направите .xyz фајлове који садрже координате добијене овим оптимизацијама геометрије и оптимизујте их поново у програму ORCA користећи B3LYP функционал и 3-21G базнискуп. Упоредите геометрије добијене семиемпиријском методом и геометрије добијене DFT прорачунима.
Задатак 6.3.
Користећи B3LYP методу и SV(P) базни скуп оптимизујте геометрију [CuF4]2-јона. Запишите енергију јона и дужину Cu–F везе после оптимизације. Упоредите израчунату дужину Cu–F везе са експериментално одређеном (1,92Å). За прорачуне искористите дату полазну геометрију:
Cu 0.0 0.0 0.0
F 1.9 0.0 0.0
F -1.9 0.0 0.0
F 0.0 1.9 0.0
F 0.0 -1.9 0.0
Задаци за вежбу бр 7 (Вибрациони спектри):
Задатак 7.1.
Користећи HF и MP2 методе као и cc-PVTZ базни скуп оптимизујте геометрију и израчунајте инфрацрвени спектар за молекул воде. Прикажите тако добијене спектре, запишите вредности фреквенција и упоредите их са експерименталним датим подацима у табели (вредности фреквенција су изражене у cm-1):
Задатак 7.2.
Користећи HF методу и 3-21G базни скуп оптимизујте геометрију и израчунајте вибрациони спектар за молекул етина (геометрију унесите помоћу Z-матрице). Прикажите спектар, сачувајте га као слику и запишите вредности енталпије, ентропије и Слободне Гибсове енергије.
r (C-H) = 1.08 Å
r (C-C) = 1.22 Å
Задатак 7.3.
Користећи HF методу и 3-21G базни скуп оптимизујте геометрију и израчунајте вибрациони спектар за молекул бензена (почетну геометрију унесите у виду Z-матрице). Прикажите спектар, сачувајте га као слику и прокоментаришите резултате.
r (C-H) = 1.08 Å
r (C-C) = 1.30 Å
Задаци за вежбу бр 8 (Молекулске орбитале):
Задатак 8.1.
У програму ORCA урадите Миликенову популациону анализу за молекул флуороводоника користећи HF методу и STO-3G базни скуп. Запишите вредности Миликенових наелектрисања.
Задатак 8.2.
У програму ORCA урадите Миликенову популациону анализу за молекул воде користећи HF методу и 3-21G базни скуп. Колика је енергија потребна да би се уклонио један електрон из прве молекулске орбитале молекула воде? Визуелизујте наведену орбиталу.
Задаци за вежбу број 10:
Задатак 10.1.
Израчунати на ком растојању ће се јавити најјача водонична веза између два молекула воде приказана на слици? Колика је енергија водоничне везе на том растојању, изражена у kcal/mol? За прпрачуне користите MP2 методу и 6-31G базни скуп, а испитајте растојања у интервалу од 1,5 до 3,0 ангстрема у 16 корака.
