Примеры задания конфигурации молекул в редакторе GaussView

Рассмотрим примеры задания конфигураций хорошо известных неполярных (О₂), полярных (H₂O) и органических молекул (C₂H₅OH).

Молекула кислорода O₂.Создаем новое рабочее окно, для этого на панели меню выбираем File → New →Create New Molecule Group, этой же операции соответствует сочетание клавиш Ctrl+N. Рассмотрим два способа построения молекулы кислорода.

Способ №1. Длины связей известны заранее.

Двойной щелчок левой кнопкой мыши по иконке библиотеки элементов на контрольной панели GaussView. В таблице элементов выбираем атом кислорода (без связей). Нажатием левой кнопкой мыши в рабочем окне задаем произвольное положение двух атомов. Для измерения (или установки) длины и кратности химической связи на контрольной панели выбираем иконку Modify Bond ( ). В рабочем окне, нажатиями левой кнопки мыши, выделяем два атома, между которыми измеряется расстояние (рис.1.4).

Рис.1.4 Установка длины связи в молекуле кислорода

В появившемся окне отображается текущее расстояние между атомами кислорода, перемещая ползунок можно изменять расстояние между атомами. По табличным данным атомы кислорода в молекуле связаны двойной связью, длина которой 1.22 Å, устанавливаем данную длину связи. Процесс построения окончен.

Способ №2. Длины связей неизвестны.

В таблице элементов выбираем кислород с двойной связью, переносим его в активное окно. Указатель мыши наводим на свободные связи и нажимаем левой кнопки мыши (рис.1.5). Процесс построения молекулы O₂ окончен.

Рис.1.5 Вариант построения графического изображения молекулы кислорода О₂

Примечание:при таком способе задания конфигурации молекул, длины связей устанавливаются в соответствии с базой данных редактора GaussView. В базе хранятся типичные значения длин связей между элементами. Так, длина двойной связи R_O₌_O=1.1616 Å, R_O_-_O=1.3200 Å, R_O_-_H=0.9600 Å. Следовательно, необходимо проводить процесс оптимизации для установления равновесных значений длин связей (подробнее о расчетах в Gaussian03 описано в лабораторной работе №2)

Молекула воды H₂O.Для построения молекулы воды достаточно на панели элементов выбрать атом кислород с двумя одинарными связями и перенести ее в активное окно редактора. Редактор GaussView на свободные одинарные связи автоматически добавит атомы водорода.

Молекула этилового спирта С₂H₅OH. Графическое представление молекулы этилового спирта можно построить несколькими способами. Самый простой представлен на рис.1.6: в библиотеке радикалов ( ) выбрать этил и нажать левой кнопкой мыши в активном окне. Затем в таблице элементов выбрать атом кислорода с двумя одинарными связями. В окне контрольной панели Hot-атомом установить кислород. В активном окне навести указатель мыши на один из атомов водорода этила и нажать левой кнопкой мыши, при этом происходит замена водорода на функциональную группу OH.

Рис. 1.6 Вариант построения графического изображения молекулы этанола

Задание 1. Получить графическое представление молекул CO₂, NH₃, CO, NO₂, H₂S, HF, N₂, H₂SO₄, HNO₃, H₂O, H₂SO₄ (см. приложение 3).

Рассмотрим библиотеку циклических соединений. Для входа в библиотеку производим двойной щелчок левой кнопкой мыши по иконке Ring Fragment . По умолчанию в рабочем окне появится бензол C₆H₆ (рис. 1.7)

Рис. 1.7 Молекула бензола и библиотека циклических соединений

Задание 2. Получить графическое представление молекул: бензол (С₆Н₆), гексан (C₆H₁₄), метан (СН₄), муравьиная кислота (HCOOH), нафталин (С₁₀Н₈),стирол (C₈H₈), тетрагидрофуран (С₄Н₈О), тетрахлорметан (ССl₄), толуол (С₆Н₅СН₃), тринитротолуол (C₇H₅N₃O₆), трифенилметан (C₁₉H₁₆),уксусная кислота (CH₃COOH), фуран (С₄Н₄О), этан (C₂H₆), этанол (C₂H₅OH), этилен (С₂Н₄), хлорбензол С₆Н₅Cl (см. приложение 4)

В нижнем правом углу библиотеки циклических соединений расположена иконка , нажав на нее, в рабочем окне отобразится молекула фуллерена С₆₀. Переносим фуллерен в активное окно.

Задание 3. Определить число пентагонов, гексагонов, двойных и одинарных связей фуллерена С₆₀.

Вопросы

1. Пакет программ Gaussian. Основные возможности пакета.

2. Структура пакета Gaussian Задачи, решаемые в процессе вычислений.

3. Способы создания input-файла. Входные расчетные данные.

4. Возможности редактора GaussView. Основные способы задания конфигурации молекулярных структур.

5. Связь Gaussian и GaussView.

6. Роль библиотек редактора GaussView при построении графических изображений молекул.

Форма отчетности:

В электронном виде, в соответствии общим требованиям (см. приложение). Представляются конфигурации модельных молекул O₂, H₂O, C₂H₅OH, длины связей между атомами. Графическое представление результатов построения молекул по заданию преподавателя: Задание 1, 2, 3.

При сдаче работы необходимо знать ответы на вопросы лабораторной работы №1.

Лабораторная работа №2 «Численное моделирование электронной структуры молекул с использованием пакета Gaussian03»

Цель работы:знакомство с основными неэмпирическими методами расчета электронных структур молекул – методом Хартри-Фока и методом теории функционала плотности, приобретение навыков моделирования в программном комплексе Gaussian03 на примере молекулы кислорода.

Теоретическая часть