Luận văn Khảo sát phản ứng NO + H₂ bằng phương pháp tính lượng tử

Nội dung tài liệu: Luận văn Khảo sát phản ứng NO + H₂ bằng phương pháp tính lượng tử

1. ĐẠIĐẠI HỌCHỌC QUỐCQUỐC GIA HÀ NỘINỘI TRƯTRƯỜNGỜNG ĐĐẠIẠI HHỌCỌC KHOA HỌCHỌC TỰTỰ NHIÊN ------------------------ ------------------------ Phạm Thị Hà Lương Th ị Hường NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA LỚP MẠ ĐIỆN HÓA NIKEN TRÊN KHẢO SÁT PHẢN ỨNG NO H2 NỀN CÁC CHẤT DẪN ĐIỆN KHÁC NHAU NG PHƯ NG PHÁP TÍNH LƯỢNG TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014
2. ĐĐẠIẠI HHỌCỌC QUQUỐCỐC GIA HÀ NNỘIỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------------- ----------------------------- Phạm Thị Hà Lương Th ị Hường NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA VÀ ĐỊNH HƯỚNG ỨNGKH DỤNGẢO SÁT CỦA PHẢN LỚP ỨNG MẠ NOĐIỆN H HÓA2 NIKEN TRÊN NỀN CÁC CHẤT DẪN ĐIỆN KHÁC NHAU NG PHƯ NG PHÁP TÍNH LƯỢNG TỬ Chuyên Chuyên ngành: ngành: Hóa Hóa lý lýthuyết thuy ếvàt và hóa hóa lý lý Mã Mã số: s ố60440119: 60440119 LULUẬNẬN VĂN THTHẠCẠC SĨ KHOA HHỌCỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TS.Nguyễn Nguy Thịễn H Cẩmữu Th Hàọ TS. Ninh Đức Hà Hà Nội - 2014
3. LỜI CẢM N Sau một thời gian học tập, nghiên cứu tại bộ môn Hóa lý, khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, tôi đã hoàn thành bản luận văn thạc sĩ khoa học này. Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Hữu Thọ, người đã trực tiếp giao đề tài và tận tình hướng dẫn dạy bảo, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hóa lý đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình làm luận văn. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường THPT Đông Hưng Hà - Thái Bình, trường THPT Quỳnh Côi - Thái Bình đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới những người thân, gia đình đã nhiệt tình động viên, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày 19 tháng 7 năm 2014 Lương Thị Hường
4. MỤC LỤC Danh mục hình Danh mục bảng MỞ ĐẦU.......................................................................................................... 1 Chương 1 –C SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỌC LƯỢNG TỬ ............................... 2 1.1. PHƢƠNG TRÌNH SCHRÖDINGER ............................................................... 2 1.1.1. Phƣơng trình Schrödinger ......................................................................... 2 1.1.2. Hệ nhiều e 3 1.1.2.1.Sự gần đúng Born-Oppenheimer ...................................................... 3 1.1.2.2. Toán tử Hamilton ............................................................................. 3 1.1.2.3. Hàm sóng hệ nhiều ... 5 1.1.2.4. Phƣơng trình Schrödinger ................................................................ 6 1.2. CẤU HÌNH ELECTRON VÀ TRẠNG THÁI ................................................. 6 1.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG HHLT ................................................... 7 1.3.1. Sự gần đúng MO-LCAO .......................................................................... 7 1.3.2..Một số khái niệm và phân loại bộ cơ sở ................................................... 7 1.3.2.1. Một số khái niệm cơ bản .................................................................. 7 1.3.2.2. Phân loại bộ cơ sở ............................................................................ 8 1.3.3. Phƣơng pháp trƣờng tự hợp Hartree-Fock (HF) ....................................... 9 1.3.4. Phƣơng pháp Roothaan ............................................................................. 11 1.3.5. Phƣơng pháp tƣơng tác cấu hình .............................................................. 13 1.3.6. Phƣơng pháp nhiễu loạn Møller-Plesset (MPn) ....................................... 14 1.3.7. Phƣơng pháp phiếm hàm mật độ .............................................................. 15 1.4. CÁC THAM SỐ HÓA HỌC LƢỢNG TỬ ....................................................... 17 1.4.1. Năng lƣợng obitan .................................................................................... 17 1.4.2. Mật độ electron ......................................................................................... 17 Chương 2 –TỔNG QUAN VỀ HỆ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯ NG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................................................ 19
5. 2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ NGHIÊN CỨU ............................................................ 19 2.2. TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH HHLT ......................................... 19 2.2.1. Các mức gần đúng trong tính hóa học lƣợng tử ....................................... 19 2.2.2. Phép tính không thực nghiệm ................................................................... 19 2.2.3. Phép tính bán kinh nghiệm ....................................................................... 20 2.2.3.1. Phƣơng pháp Huckel mở rộng ....................................................... 20 2.2.3.2. Phƣơng pháp CNDO (complete neglect of diffrential overlap) ..... 20 2.2.3.3. Phƣơng pháp INDO ....................................................................... 22 2.2.3.4. Phƣơng pháp MINDO3 .................................................................. 23 2.2.3.5. Phƣơng pháp MINDO .................................................................... 23 2.2.3.6. Phƣơng pháp AM1 ......................................................................... 23 2.2.3.7. Phƣơng pháp PM3 .......................................................................... 23 2.2.3.8. Phƣơng pháp ZINDO1 ................................................................... 24 2.2.3.9. Phƣơng pháp ZINDO/S .................................................................. 24 2.2.4. Phổ phân tử ............................................................................................. 24 2.2.5. Trạng thái trung gian và trạng thái chuyển tiếp ........................................ 25 2.2.5.1. Trạng thái trung gian và trạng thái chuyển tiếp ............................. 26 2.2.5.2. Quan sát quá trình chuyển đổi trạng thái ...................................... 26 2.2.5.3. Định vị trạng thái chuyển tiếp trong hoá học tính toán .................. 26 2.3. TIẾN TRÌNH NGHIÊN CỨU ......................................................................... 28 Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 29 3.1. PHÂN TÍCH ...................................................................................................... 29 3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................................ 30 3.2.1. Cấu trúc phân tử........................................................................................ 30 3.2.2. Độ dài liên kết và góc liên kết .................................................................. 41 3.2.3. Về các giá trị năng lƣợng của các chất trong hệ nghiên cứu ................... 43 3.2.4. Các hƣớng tạo sản phẩm ........................................................................... 44 3.2.4.1. Các giá trị nhiệt động học (entanpi, entropy, năng lƣợng tự do họat hoá) ........................................................................................................................... 44
6. 3.2.4.2. Hằng số tốc độ phản ứng k ............................................................. 47 3.2.4.3. Kết luận .......................................................................................... 48 3.2.5. Tổng hợp, đánh giá và phân tích mối quan hệ qua lại giữa các quy luật ...... 49 3.3. ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG GIẢNG DẠY HÓA HỌC .. 49 3.3.1. Chƣơng trình ............................................................................................. 50 3.3.2. Mục đích, yêu cầu ..................................................................................... 50 KẾT LUẬN..............................................................................................................51 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................
7. DANH MỤC HÌNH Hình 1 : Giản đồ biểu thị mức năng lƣợng của hệ ở các trạng thái khác nhau Hình 2. Cấu trúc các tiểu phân trong quá trình phản ứng
8. DANH MỤC ẢNG 0 Bảng 1. Độ dài liên kết (Å), góc liên kết ( ) của các tiểu phân Bảng 2. Các giá trị năng lƣợng (kcal/mol) của các tiểu phân trên đƣờng phản ứng
9. DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT SCF (Sefl - Consistent Field) Trƣờng tự hợp GTO (Gaussian Type Orbitals) Bộ hàm kiểu Gauss STO (Slater Type Orbitals) Bộ hàm kiểu Slate PGTO (Primitive GTO) Bộ hàm GTO ban đầu CGF (Contracted Gaussian Functions) Bộ hàm Gauss rút gọn CI (Configuration Interaction) Tƣơng tác cấu hình DFT (Density Functional Theory) Thuyết phiếm hàm mật độ KS Kohn- Sham e Electron HHLT Hóa học lƣợng tử
10. LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hóa học lƣợng tử đã trở thành một trong những ngành khoa học quan trọng trong những năm gần đây. Đặc biệt trong xu thế vi mô hóa, hóa học lƣợng tử đã trở thành công cụ đắc lực trong việc nghiên cứu cấu trúc phân tử và các vấn đề liên quan. Các phƣơng pháp tính hóa học lƣợng tử cung cấp các tham số lƣợng tử nhƣ các tham số về cấu trúc, các tham số về nhiệt động phản ứng, năng lƣợng hàm sóng và nhiều tham số lƣợng tử khác. Nhờ vậy mà hóa học lƣợng tử đã nghiên cứu đƣợc rất nhiều hệ chất với công cụ máy tính, từ đó rút ra đƣợc những quy luật bản chất của các hệ hoá học. Qua việc khảo sát hệ NO + H2 xảy ra trong môi trƣờng không trung bằng phƣơng pháp hóa học lƣợng tử, những kết quả thu đƣợc có điều kiện soi sáng cho thực nghiệm, cho phép các nhà hóa học có thể quan sát và dự đoán để từ đó có con đƣờng nghiên cứu vấn đề bảo vệ môi trƣờng đƣợc thuận lợi hơn. Do đó, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là: “Khảo sát phản ng NO + H2 bằng phương pháp tính lượng tử” 2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình, đề tài nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực hóa học đã sử dụng công nghệ thông tin, các phần mềm ứng dụng trong hoá học lƣợng tử để nghiên cứu và đã mang lại những thành công lớn. Tuy nhiên với đề tài của chúng tôi có thể là lần đầu tiên đƣợc nghiên cứu ở Việt Nam. 1