Họ và tên : Trần Văn Quang
Lớp : Sư phạm hóa K35

Thực hành : Hóa tính toán
Bài : Tối ưu hóa hình học
Bài làm

Bài 3 : Tối ưu hóa hình học của các phân tử ở mức lý thuyết BLYP/631G(d,p):
RC-F

¼
CCH

¼
CCF

Phân tử

RC=C

RC-H

Etilen

1.34

1.0939

Floroetilen

1.335


121.8655
125.6618 122.4942
120.18

125.0028

120.399

* Nhận xét :
-Khi số nguyên tử F được thế vào phân tử etilen càng nhiều thì độ dài
liên kết C=C càng giảm , đồng thời độ dài liên kết C-H cũng giảm.
-Độ dài liên kết C=C trong cis-1,2difloroetilen lớn hơn độ dài liên kết
C=C trong trans-1,2difloroetilen, góc liên kết CCF trong cis1,2difloroetilen lớn hơn trong trans-1,2difloroetilen.
- Góc liên kết CCH trong cis-1,2difloroetilen lại nhỏ hơn trong trans1,2difloroetilen.
- Khi thế cả 2 nguyên tử F vào phân tử etilen ở những vị trí khác nhau
thì độ dài các liên kết C=C , C-H , C-F và góc liên kết CCH trong 1,1-


difloroetilen đều nhỏ hơn nhiều so với trong phân tử cis-1,2difloroetilen
và trans-1,2difloroetilen nhưng góc liên kết CCF lại lớn hơn nhiều.
Bài 4 :
A. Tối ưu hóa hình học của các cấu dạng:
1. CH2=CH-OH có 2 cấu dạng với các thông số hình học như sau:
Cấu RC=C
RC-H
trúc
(I) 1.3412 1.0967

RC-O

2. CH2=CH-CH3 có 2 cấu dạng vơi các thông số hình học như sau:
Cấu trúc RC-C

RC=C

RC-H

¼
CCH

¼
C
 CC

(I)

1.5209

1.3431

1.0967

111.5849 125.1139 118.4589

(II)

1.5101

1.343



RC-O

RO-H

(I)

1.23

1.3788

0.9836

124.5237 120.6606 103.9187

(II)

1.2306

1.3825

0.9824

126.5641 120.6571 104.1243


Năng lượng : E(I)=-459.9836476
E(II)=-459.9851137
=> Ta thấy E(I) > E(II) nên cấu dạng thứ 2 là tối ưu hơn.


Ta có: ECH2=CH-OH(P)= (ECH2=CH-O- + EH+) - ECH2=CH-OH
Cho EH+=0 thì ECH2=CH-OH(P)= ECH2=CH-O- - ECH2=CH-OH
= -153.1581008 –( -153.7559893)
= 0.5978885
*Năng lượng đề proton hóa ortho-CH3-C6H4-COOH :
Ta có:
Eortho-CH3-C6H4-COOH(P )= (Eortho-CH3-C6H4-COO- + EH+) - Eortho-CH3-C6H4-COOH


Cho EH+=0 thì
Eortho-CH3-C6H4-COOH(P )= Eortho-CH3-C6H4-COO- - Eortho-CH3-C6H4-COOH
=
=

-(-459.9836476)


Họ và tên: Trần Văn Quang
Lớp: Sư phạm Hóa K35
Bài 7: Xây dựng bề mặt thế năng theo phương pháp HF/6-31+G(d,p).
1) CH2=CH2 + HX
a) CH2=CH2 + HF

-177.9

EZPE

-177.92

∆E#p


-538.03
-538.04
-538.05
-538.06

∆E

-538.07
-538.08

tiến trình phản ứng

∆Erp


c) CH2=CH2 + HBr
-2648.39

EZP

-2648.41

∆E#p

-2648.43
-2648.45
-2648.47

∆E𝜋

HX
∆E#p

HF
58,6944

HCl
47,3066

HBr
40,8879

∆E𝜋

0,35642

0,69339

1,5875

∆Erp

11,9946

13,0727

16,633

∆H


2) CH2=CH2 + H2X
a) CH2=CH2 + H2O
-153.86

EZPE

-153.88
-153.9
-153.92
-153.94

∆E#

-153.96
-153.98
-154
-154.02

b) CH2=CH2 + H2S

∆E𝜋

∆Erp


-476.52

EZPE

-476.54

∆E𝜋

∆Erp

-2476.74
tiến trình phản ứng
-2476.76

Tính hằng số cân bằng, hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt hóa đối với
mỗi phản ứng.
T = 298K, R= 1,9872 cal/K.mol; 1 hartree = 627,5 kcal/mol;


kb = 0,3321095.10-23 cal/k; h = 1,583554.10-34 cal.s
Hằng số cân bằng:
E = Esau – Etrước ; Lnkcb =

∆𝑆
𝑅

∆𝐻

- 𝑅𝑇 ; k =

𝑘𝑏.𝑇
ℎ

exp

‒ ∆𝐺


20,75017

∆H
-10,2973
-14,2531
-2
∆S.10
-3,4494
-3,4837
∆G
-0,0182
-3,8748
K1
1,0377
698,5186
12
K2.10
6,445
434,05
(k1:hằng số cân bằng; k2: hằng số tốc độ phản ứng)

-20,1923
-3,5133
-9,7225
1,364.107
8,335.107

Nhận xét: khả năng phản ứng của CH2=CH2 với các H2X thì ta thấy CH2=CH2
phản ứng với H2Se > H2S >H2O.

-303044,6799
-115281,817
-128059,623

-1614537,795
-303098,39
-115302,2465
-128076,611

b) Tính năng lượng phân ly các liên kết của các phân tử HF, HCl, HBr, HI tại
mức lý thuyết B3LYP/6-31++G(d,p).
Phương trình phản ứng
Năng lượng phân ly liên kết((kcal/mol)
+
HF = H + F
57,3741
+
HCl = H + Cl
17,5919
+
HBr = H + Br
8,1035
Độ bền của HF > HCl > HBr
c) Năng lượng tách proton ở mức lý thuyết B3LYP/6-31++G(d,p) của HX,
H2X.
Phương trình phản ứng
HF = H++ FHCl = H+ + ClHBr = H+ + BrH2O = OH- + H+
H2S = HS- + H+
H2Se = HSe- + H+



Họ và tên : Trần Văn Quang

Thực hành : Hóa tính toán

Lớp : Sư phạm hóa K35
BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH
Bài 9: tính diện tích
-

-

Hãy tối ưu hình học và tính tần số dao động của các phân tử C6H6 , C6H5NO2 ,
C6H5CH3 , p-xilen, CH3C6H4NO2 , C6H5Cl. Đồng thời xét sự phân bố điện tích
của các phân tử đó theo phương pháp Mulliken, Lowdin và NBO ( obitan liên
kết tự nhiên), so sánh và nhận xét.
Từ đó hãy giải thích khả năng phản ứng thế electrophin trong các phân tử
C6H5NO2 , C6H5CH3 , p-xilen, CH3C6H4NO2 , C6H5Cl.

Bài 10: Phân tích obitan và vẽ giản đồ năng lượng
-

Hãy biểu diễn các obitan hóa trị và obitan biên của các phân tử : H2O , NH3,
CH4, C2H4, C6H6 sử dụng các tính toán hóa học lượng tử ở mức lí thuyết
HF/STO-3G.
Vẽ giản đồ MO và phân tích liên kết của chúng.

Bài làm:
Bài 9
C6H6:

2 C -0.102692
3 C -0.102680
4 C -0.102668
5 C -0.102693
6 C -0.102679
7 H 0.102680
8 H 0.102670
9 H 0.102687
10 H 0.102688
11 H 0.102679
12 H 0.102679

NBO :
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H

1
2
3
4

6 C
7 H
8 H
9 H
10 H
11 H
12 N
13 O
14 O

-0.193290
0.266630
-0.193290
-0.246476
-0.211415
-0.246476
0.310294
0.310294
0.263365
0.263120
0.263365
0.186464
-0.386293
-0.386293

Lowdin :
1 C -0.060837
2 C -0.019726
3 C -0.060837
4 C -0.104214

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

-0.18955
0.05818
-0.18955
-0.25567
-0.18749
-0.25567
0.27759
0.27759
0.25543
0.25141
0.25543
0.49992
-0.39882
-0.39882

C6H5Cl:
Mulliken :
1 C -0.234160

C 4
C 5
C 6
H 7
H 8
H 9
H 10
H 11
Cl 12

-0.23943
-0.23770
-0.24103
-0.07424
-0.24114
-0.23765
0.25032
0.25363
0.26315
0.26315
0.25363
-0.01269


C6H5CH3 :
Mulliken atomic charges:
1 C
2 C
3 C
4 C

1 C -0.247937
2 C -0.186746
3 C 0.253961
4 C -0.186746
5 C -0.247937
6 C -0.210022
7 H 0.264829
8 H 0.305342
9 H 0.305342
10 H 0.264830
11 H 0.264566
12 N 0.203531
13 O -0.391507
14 O -0.391507

Lowdin Atomic
Charges:
1 C
2 C
3 C
4 C
5 C
6 C
7 H
8 H
9 H
10 H
11 H
12 C
13 H

11 H 0.113924
12 N 0.420436
13 O -0.312793
14 O -0.312792

NBO:
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
C
H
H
H

1 -0.25550
2 -0.22606
3 -0.24339
4 -0.03497
5 -0.24339
6 -0.22606
7 0.23867
8 0.23868

7
8
9
10
11
12
13
14

-0.25567
-0.18955
0.05818
-0.18955
-0.25567
-0.18749
0.25543
0.27759
0.27759
0.25543
0.25141
0.49992
-0.39882
-0.39881


p-xilen:
Mulliken :
1 C
2 C
3 C

-0.584943
0.212563
0.222832
0.212563

Lowdin:
1 C -0.033684
2 C -0.103743
3 C -0.103743
4 C -0.033684
5 C -0.103743
6 C -0.103743
7 H 0.097547
8 H 0.097547
9 H 0.097547
10 H 0.097547
11 C -0.245725
12 H 0.101139
13 H 0.095332
14 H 0.095332
15 C -0.245725
16 H 0.095332
17 H 0.101139
18 H 0.095332

NBO:
C
C
C
C

16
17
18

-0.04991
-0.22973
-0.22973
-0.04991
-0.22973
-0.22973
0.23593
0.23593
0.23593
0.23593
-0.66067
0.23651
0.23083
0.23083
-0.66067
0.23083
0.23651
0.23083

Nhận xét:
-

Sự phân bố điện tích theo mulliken, lowdin, NBO : những nguyên tố có độ âm
điện càng lớn giá trị điện tích càng âm.

-


NH3 : HOMO


LUMO:

CH4 : HOMO


LUMO:

C2H4 : HOMO


LUMO:

C6H6 : HOMO


LUMO:

H2O :

Giản đồ MO và phân tích liên kết: