- •Часть 1. Компьютерное моделирование электронной структуры фуллерена с60
- •Введение
- •Лабораторная работа №1 «Основы работы в редакторе GaussView пакета Gaussian03»
- •1.1 Теоретическая часть
- •1.1.1 Программный комплекс Gaussian03
- •1.1.2 Редактор GaussView
- •1.2 Практическая часть
- •1.2.1 Построение молекул c использованием библиотек редактора GaussView
- •1.2.2. Примеры задания конфигурации молекул в редакторе GaussView
- •Вопросы
- •Лабораторная работа №2 «Численное моделирование электронной структуры молекул с использованием пакета Gaussian03»
- •2.1 Теоретическая часть
- •2.1.1 Основные методы расчета молекулярных структур
- •2.1.2 Неэмпирические методы расчета
- •2.1.2.1 Метод Хартри-Фока
- •2.1.2.2 Метод теории функционала плотности
- •2.1.3 Основные квантово- механические базисы
- •2.2 Практическая часть
- •2.2.1 Использование Gaussian Calculation Setup для установки параметров расчетов
- •2.2.2 Контрольный пример. Расчет характеристик молекулы кислорода o2
- •2.2.2.1 Визуализация электронной структуры атома кислорода
- •2.2.2.2 Зависимость полной энергии двух атомов кислорода от расстояния между ними
- •2.2.2.3 Расчет равновесного расстояния молекулы кислорода
- •Лабораторная работа №3 «Молекулярное строение и электронная структура молекулы фуллерена с60»
- •3.1 Теоретическая часть
- •3.1.1 Молекулярное строение фуллеренов c60
- •3.1.2 Получение фуллеренов
- •3.1.3 Свойства фуллеренов
- •3.1.4 Применение фуллеренов
- •3.1.5 Фуллериты
- •3.1.6 Электронная структура фуллеренов с60
- •3.2 Практическая часть
- •3.2.1 Электронная структура молекулы фуллерена с60
- •Вопросы
- •Лабораторная работа №4 «ик- спектр изолированной молекулы фуллерена с60»
- •4.1 Теоретическая часть
- •4.1.2 Колебательный спектр двухатомной молекулы
- •4.1.3 Колебания многоатомных молекул
- •4.2 Практическая часть
- •4.2.1 Расчет нормальных колебательных мод в Gaussian
- •4.2.2 Расчет структуры и колебательного спектра молекулы воды
- •Вопросы:
- •Лабораторная работа №5 «ик- спектр молекулы фуллерена с60 в растворах»
- •5.1 Теоретическая часть
- •5.1.1 Типы растворов
- •5.1.2 Растворимость фуллеренов
- •5.2 Практическая часть
- •5.2.1 Учет эффектов сольватации при расчетах в Gaussian03
- •Вопросы:
- •Литература
- •Глоссарий терминов.
- •Приложение 1. Панель меню и панель команд редактора GaussView.
- •Приложение 2. Настройки параметров расчетов Gaussian03.
- •Приложение 3. Справочная информация о неорганических молекулах
- •Приложение 4. Справочная информация об органических молекулах
- •Приложение 5. Правила оформления лабораторных работ
Литература
Основная литература:
[1] Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены/ Э.Г. Раков// М.: Логос, 2006.-374с.
[2] Бутырская Е.В. Компьютерная химия: основы теории и работа с программами Gaussian и GaussView /Е.В. Бутырская //М.: Солон-Пресс, 2011.-224с.
[3] Дьячков П.Н. Электронные свойства и применение нанотрубок/ П.Н. Дьячков// Из-во Бином Лаб. Знаний.-2011.-488с.
[4] Тучин А.В. Фуллерен С60. Электронное строение в электрическом поле/ А.В. Тучин, Л.А. Битюцкая// Lambert Academic Publishing, 2011.-80c.
Дополнительная литература
[5] Елецкий А. В. Фуллерены / А.В. Елецкий// УФН. - 1993. - Т.163 №2. - С.33-60.
[6] Елецкий А.В. Фуллерены и структуры углерода/ А.В. Елецкий, Б.М. Смирнов// УФН.-1995.-Т. 165, №9.-С. 977-1008
[7] Макарова Т. Л. Электрические и оптические свойства мономерных и полимеризованных фуллеренов / Т. Л. Макарова // ФТП. - 2001. - Т35, №3. – С. 257-293
[8] Кон В. Электронная структура вещества- волновые функции и функционалы плотности/ В. Кон// УФН.-2002.-Т.173, №3.- С.336-348.
[9] Попл Джон А. Квантово- химические модели/ Джон А. Попл// УФН.- 2002.- Т. 172, №3.- С. 349-356.
Глоссарий терминов.
Фуллерены – замкнутые молекулы углерода типа в которых все атомы находятся на сферической или сфероидальной поверхности
Электронная конфигурация — формула расположения электронов по различным электронным оболочкам атома химического элемента или молекулы.
Эндофуллерены – молекулы, в которых внутри молекулы фуллерена размещен один или несколько неуглеродных атомов (Na@C60, Li@C60)
Энергия ионизации - представляет собой наименьшую энергию, необходимую для удаления электрона от свободного атома в его низшем энергетическом (основном) состоянии на бесконечность.
DFT - теория функционала плотности - метод расчёта электронной структуры систем многих частиц в квантовой физике и квантовой химии
Электронная плотность - плотность вероятности распределения электронов в квантовой системе.
Энергия корреляции – разность между точной (нерелятивистской) энергией и энергией, полученной методом Хартри- Фокка
Атомная орбиталь (по Малликену) – волновая функция, соответствующая определенному набору квантовых чисел n, l, m.
Молекулярная орбиталь - волновая функция электрона в молекуле или другой многоатомной химической частице.
ИК излучение- электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны l = 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (l ~ 1-2 мм). Инфракрасную область спектра обычно условно разделяют на ближнюю (l от 0,74 до 2,5 мкм), среднюю (2,5-50 мкм) и далёкую (50-2000 мкм).
Нормальная мода - колебание, при котором ядра осциллируют с одинаковой частотой и в одной фазе.
Приложение 1. Панель меню и панель команд редактора GaussView.
Панель меню:
Вкладка File/New- создание нового рабочего окна.
File/Open- открыть сохраненный проект.
Save- сохранить проект.
Print- печать проекта.
Save Image- сохранить состояние рабочего окна как графическое изображение.
Preferences- настройка параметров редактора.
Recent File- список недавно используемых файлов.
Вкладка Edit :
Undo- отменить последнее действие.
Redo – отменить Undo.
Cut- вырезать выделенное.
Copy- копировать рисунок в рабочей области.
Paste- вставить из буфера обмена.
Delete- удалить.
Вкладка View:
Add View- добавить рабочее окно.
Center- перевести изображение в центр окна.
Hydrogens- убрать/добавить водород к свободным связям.
Labels- отображать порядковый номер атома.
Symbols- отображать элементные обозначения атомов.
Bonds- отображать связи.
Cartesian Axes- отображать декартовы координаты.
Вкладка Calculate:
Gaussian – начать расчет в Gaussian.
Current Jobs – отображать выполняемые процессы.
Вкладка Results:
Summary – основные результаты.
Charges- перераспределение заряда.
Surfaces- отобразить поверхности.
Vibration- колебания атомов.
NMR- ядерно-магнитный резонанс.
Optimization- результаты оптимизации.
ViewFile- просмотр выходного файла.