Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
1.
Obliczeniakomputerowewchemii
1.1.Wprowadzenie
Obliczeniasączymśabsolutniekoniecznymwchemii.Wieleprostychobliczeń,jakchoćby
wyznaczeniemasyreagentaodpowiadającej30jegomilimolom,wykonujesięnaetapie
planowaniaeksperymentuczyanalizowaniajegowyników.Bardzoważneiskomplikowa-
nesąobliczeniawprocesieprzewidywaniarezultatówzastosowaniadanejteoriiwprak-
tyce.Częstowymagająonezastosowaniakomputera.
Współczesnachemiawymagawykonywaniaobliczeńnaprzykładpodczasbadaniady-
fuzjicząsteczekprzezmembrany,analizyruchupewnychfragmentówbiałkawzględem
innych,przewidywaniapostaciabsorpcyjnychwidmelektronowychczyteżbadaniame-
chanizmówreakcjichemicznych.Celemtejksiążkijestpokazanie,jakfunkcjonująmetody
obliczenioweadekwatnedotegotypuzagadnieńorazzapoznanieCzytelnikaztechnika-
miużywanymiprzyprowadzeniuobliczeńzichwykorzystaniem.
1.2.Teoriechemiczneachemiaobliczeniowa
Rozważmyteorię,któranapodstawieznajomościmasm
1im
2dwóchatomówtworzą-
cychcząsteczkędwuatomowąorazkształtukrzywejenergiipotencjalnejoddziaływania
międzynimi,pozwalaprzewidziećpostaćwidmawpodczerwienitejcząsteczkiwfazie
gazowej.Teoriatamożebyćzapisanawformiewzoru(1.1)naczęstośćdrgań
ν
cząsteczki:
ν
=
2π
1
π
µ
k
(1.1)
gdzie:
µ
-masazredukowanadwóchatomów
µ
=m
1m
2/(m
1+m
2);k-stałasiłowa
wiązania.
EnergiapotencjalnaVzzałożeniadlaodległościmiędzyatomowychbliskichodległości
równowagowejr
0zależyododległościmiędzyatomamirwnastępującysposób:
V
=
2
1
krr
(
−
0
)
2
(1.2)
Taksformułowanąteorięmożnasprawdzićdoświadczalnienawielesposobów,alekażdy
znichbędziewymagałwykonaniapewnychobliczeń.Jednymzesposobówjestpomiar
częstościdrgań
ν
pewnejcząsteczkidwuatomowej,np.głównegoizotopomeruchloro-
wodoru
1H35Cl.Pozmierzeniuczęstościdrgańiobliczeniumasyzredukowanejμdlatej
paryatomówmożemyprzekształcićrównanie(1.1)iwyznaczyćstałąsiłowąwiązania.Dalej
możemyzastosowaćbezpośredniorównanie(1.1),tymrazemużywającjednakmasyzre-
dukowanejdlainnegoizotopomeru,np.
2H35Cllub1H37Cl.Przewidzianąwtensposóbczę-
stośćdrganiamożemyporównaćzwynikiemeksperymentuprzeprowadzonegodlatego
innegoizotopomeru.Dotegoprostegoprzykładuniepotrzebujemyoczywiścieużywać
komputerów,gdyżrównaniewyrażająceteorięjestwyjątkowoproste,awszystkiepotrzeb-
neobliczeniamożemywykonaćołówkiemnakartcepapieru(lubzapomocąkalkulatora).
Jednakżełatwojestwyobrazićsobiebardzozbliżonąsytuację,wktórejobliczeniasta-
jąsięzbytzłożone,abyprzeprowadzićjeręcznie.Wyobraźmysobie,żeobliczającener-
giępotencjalnąwychodzimypozarozwinięcieTayloradrugiegorzędu(równanie1.2)
Krzywaenergiipotencjalnej
V[kJ∙mol–1]
500
400
300
200
100
0
0,5
1,0
1,5
R[Å]
2,0
2,5
Zależnośćenergiipotencjalnej
ododległościmiędzyatomami
wcząsteczcedwuatomowej
