Приложение 2. Настройки параметров расчетов Gaussian03.

Для входа в меню Gaussian Calculation Setup необходимо во вкладке Calculate контрольной панели GaussView выбрать Gaussian Calculation Setup или нажать сочетание клавиш Ctrl+G. Откроется окно настроек расчетов в Gaussian, которое содержит следующие кнопки внизу панели:

Submit –начать расчет текущего входного файла.

Cancel – закрыть диалоговое окно. Все параметры сбрасываются.

Edit – редактировать входной файл. Редактирование невозможно, пока файл не сохранен.

Retain – закрыть диалоговое окно. Измененные параметры сохраняются.

Defaults – сброс настроек.

Help - вызов справки.

В окне настроек на первой вкладке Job Type выбирается тип расчета

Energy – расчет энергетического спектра

Optimization – оптимизация геометрии структур

Frequency – расчет частотного спектра

Opt+Freq – оптимизация и расчет частотного спектра

IRC – расчет химических реакций

Scan – сканирование поверхности потенциальной энергии

Stability - проверка стабильности волновых функций

NMR – расчет спектра ядерного магнитного резонанса (ЯМР)

BOMD – вычисление траекторий, используя молекулярную динамическую модель Борна-Оппенгеймера

Во вкладке Method выбирается квантово-механический метод расчета.

Method –выбор теоретического метода. В третьем выпадающем списке выбирается тип волновых функций: Restricted, Unrestricted и Restricted-Open – ограниченный, неограниченный и с открытыми оболочками.

Basis Set - выбор базиса

Charge, Spin – заряд и спин, GaussView задает эти значения исходя из молекулярной структуры, при необходимости их можно заменить.

Вкладка Title – название и описание выполняемых вычислений.

Во вкладке Link 0 – задается имя *.chk файла, размер выделяемой памяти и количество процессов.

Приложение 3. Справочная информация о неорганических молекулах

1. Азотная кислота (HNO₃) — сильная одноосновная кислота. Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В водных растворах она практически полностью диссоциирует на ионы.

Рис.1П Молекула азотной кислоты

Молярная масса 63.012 г/моль, жидкость при н.у. с плотностью 1.513 г/см³. Температура плавления Т_пл= -41.59ºС, температура кипения Т_кип=82.6 ºС. Дипольный момент 2.17±0.02 Дебай.

2. Аммиак (NH₃) – при н.у. бесцветный газ с резким запахом (нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха. Растворимость NH₃ в воде чрезвычайно велика – около 1200 объемов (при 0 ºС) в объеме воды. Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды а атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s электронами трех атомов водорода, четвертая пара внешних электронов является неподеленной, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH₄⁺. Благодаря тому, что не связывающее электронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

Рис.2П Молекула аммиака

Молярная масса 17.0306 г/моль. Т_пл=-77.73 ºС, Т_кип=-33.34 ºС.

История. Аммиак (в европейских языках его название звучит как «аммониак») своим названием обязан оазису Аммона в Северной Африке, расположенному на перекрестке караванных путей. В жарком климате мочевина (NH₂)₂CO, содержащаяся в продуктах жизнедеятельности животных, разлагается особенно быстро. Одним из продуктов разложения и является аммиак. По другим сведениям, аммиак получил своё название от древнеегипетского слова амониан. Так называли людей, поклоняющихся богу Амону. Они во время своих ритуальных обрядов нюхали нашатырь NH₄Cl, который при нагревании испаряет аммиак.

3. Вода (оксид водорода) (Н₂O) — химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета (в малом объёме), запаха и вкуса (при нормальных условиях). В твёрдом состоянии называется льдом или снегом, а в газообразном— водяным паром. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, лёд). Является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды.

Рис.3П Молекула воды

Молярная масса M_r= 18.01528 г/моль, плотность ρ=0.9982 г/см³, Т_пл=0 ºС, Т_кип=99.974 ºС

• В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды.

• В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем количество воды в Мировом океане.

• При средней глубине в 3,6 км Мировой океан покрывает около 71 % поверхности планеты и содержит 97,6 % известных мировых запасов свободной воды.

• Если бы все ледники растаяли, то уровень воды на Земле поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.

• Морская вода при обычной её солёности 35 ‰ замерзает при температуре −1,91 °C.

• При определённых условиях (внутри нанотрубок) молекулы воды образуют новое состояние, при котором они сохраняют способность течь даже при температурах, близких к абсолютному нулю.

• Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег — около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.

• С помощью капель воды из кранов можно создать напряжение до 10 киловольт, опыт называется «Капельница Кельвина».

• Вода — это одно из немногих веществ на Земле, которые расширяются при переходе из жидкой фазы в твёрдую (кроме воды, таким свойством обладают висмут, галлий, свинец и некоторые соединения и смеси).

• Вода может гореть, если ее поместить в атмосферу с фтором, иногда даже со взрывом. При этом выделяется кислород.

4. Оксид углерода (II) (угарный газ, окись углерода, монооксид углерода) (CO) — бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха. Молекула CO имеет тройную связь, как и молекула азота N₂. Так как эти молекулы сходны по строению (изоэлектронны, двухатомны, имеют близкую молярную массу), то и свойства их также схожи — очень низкие температуры плавления и кипения, близкие значения стандартных энтропий и т. п. Благодаря наличию тройной связи молекула CO весьма прочна (энергия диссоциации 1069 кДж/моль, или 256 ккал/моль, что больше, чем у любых других двухатомных молекул) и имеет малое межъядерное расстояние (d_C≡O=0,1128 нм или 1,13Å). M_r= 28.0101 г/моль, плотность ρ=0.00125 г/см³ (при 0 ⁰С), Т_пл= -205 ºС, Т_кип= -191.5 ºС.

Рис. 4П Молекула оксида углерода II

Осторожно: Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Признаки отравления: головная боль и головокружение; отмечается шум в ушах, одышка, сердцебиение, мерцание перед глазами, покраснение лица, общая слабость, тошнота, иногда рвота; в тяжёлых случаях судороги, потеря сознания, кома. Токсическое действие монооксида углерода основано на том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее и в 200—300 раз быстрее, чем кислород, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа.

Интересно: Опытами на молодых крысах выяснено, что 0,02 % концентрация CO в воздухе замедляет их рост и снижает активность по сравнению с контрольной группой. Интересно то, что крысы, живущие в атмосфере с повышенным содержа нием CO, предпочитали воде и раствору глюкозы спиртовой раствор в качестве питья (в отличие от контрольной группы, особи в которой предпочитали воду).

5. Оксид углерода(IV) (углекислый газ, диоксид углерода, двуокись углерода, угольный ангидрид) (CO₂) - бесцветный газ, без запаха, со слегка кисловатым вкусом. M_r= 44.0095 г/моль, плотность ρ=0.0019769 г/см³ (при н.у.), Т_пл= -57 ºС, Т_кип= -78 ºС.

Рис. 5П Молекула оксида углерода IV

При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

6. Серная кислота (H₂SO₄) — сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы (+6). При обычных условиях концентрированная серная кислота — тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. M_r= 98.082 г/моль, плотность ρ=1.8356 г/см³, Т_пл= -10.38 ºС, Т_кип= 279.6 ºС.

Рис. 6П молекула серной кислоты

Серная кислота очень едкое вещество. Оно поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). Предельно допустимая концентрация аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, вулканов, содержащих оксиды S, и выпадать в виде кислотных дождей.

Интересно: Мельчайшие капельки серной кислоты могут образовываться в средних и верхних слоях атмосферы в результате реакции водяного пара и вулканического пепла, содержащего большие количества серы. Получившаяся взвесь затрудняет доступ солнечных лучей к поверхности планеты. Поэтому (а также в результате большого количества мельчайших частиц вулканического пепла в верхних слоях атмосферы) после особо сильных вулканических извержений могут произойти значительные изменения климата. Например, в результате извержения вулкана Ксудач (п-ов Камчатка, 1907 г.) повышенная концентрация пыли в атмосфере держалась около 2 лет, а характерные серебристые облака серной кислоты наблюдались даже в Париже. Взрыв вулкана Пинатубо в 1991 году, отправивший в атмосферу 3×10⁷ тонн серы, привёл к тому, что 1992 и 1993 года были значительно холоднее, чем 1991 и 1994.

7. Сероводород (сернистый водород, сульфид водорода) (H₂S) — бесцветный газ с запахом тухлых яиц и сладковатым вкусом. Плохо растворим в воде, хорошо — в этаноле. Ядовит. При больших концентрациях разъедает многие металлы. Концентрационные пределы воспламенения с воздухом составляют 4,5 — 45 % сероводорода. В природе встречается очень редко в виде смешанных веществ нефти и газа. Входит в состав вулканических газов. Образуется при гниении белков. Сероводород используют в лечебных целях, например, в сероводородных ваннах. M_r= 34.082 г/моль, плотность ρ=1.5206 г/см³, Т_пл= -82.30 ºС, Т_кип= -60.28 ºС.

Рис. 7П Молекула сероводорода

Осторожно: Очень токсичен. Вдыхание воздуха с небольшим содержанием сероводорода вызывает головокружение, головную боль, тошноту, а со значительной концентрацией приводит к коме, судорогам, отёку лёгких и даже к летальному исходу. При высокой концентрации однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть. При небольших концентрациях довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху «тухлых яиц», и он перестаёт ощущаться. Во рту возникает сладковатый металлический привкус. При большой концентрации ввиду паралича обонятельного нерва запах сероводорода не ощущается.

8. Фтороводород (фтористый водород, гидрофторид, фторид водорода) (HF) — бесцветный газ с резким запахом. Смешивается с водой в любом отношении с образованием фтороводородной (плавиковой) кислоты. M_r= 20.01 г/моль, плотность ρ=0.99 г/см³, Т_пл= -83.4 ºС, Т_кип= 19.54 ºС. Фтороводород в жидком и газообразном состояниях имеет большую склонность к ассоциации вследствие образования сильных водородных связей. Даже в газообразном состоянии, фтороводород состоит из смеси полимеров H₂F₂, H₃F₃, H₄F₄, H₅F₅, H₆F₆. Простые молекулы HF существуют лишь при температурах выше 90 °C. Вследствие высокой прочности связи, термический распад фтороводорода становится заметным лишь выше 3500°C (что выше температуры плавления вольфрама — самого тугоплавкого из металлов).

Рис. 8П Молекула фтороводорода

Осторожно: Очень ядовит. Фтористый водород дымит на воздухе (вследствие образования с парами воды мелких капелек раствора) и сильно разъедает стенки дыхательных путей.

Интересно: писатель-фантаст Иван Ефремов написал повесть «Сердце змеи», в которой описал гипотетическую жизнь, образовавшуюся на планете, где основную роль в природе играет не кислород, а фтор, а вместо воды поверхность планеты покрыта океанами фтороводорода. На эту мысль писателя навела глубокая аналогия между свойствами воды и фтороводорода.