소개글
"SVP"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 계산화학 이론에 대한 이해
1.2. 실험 목적
2. 실험 방법
2.1. XC functional, Basis set, Calculation program
2.2. 구조 최적화 계산 방법
2.3. TD-DFT를 통한 UV/vis absorption spectra 계산
3. 결과
3.1. Diazocine의 구조 및 에너지 계산 결과
3.2. Azobenzene의 구조 및 에너지 계산 결과
4. 논의
4.1. 이성질체 안정성 차이 분석
4.2. Excitation energy와 HOMO-LUMO gap의 관계
5. 결론
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 계산화학 이론에 대한 이해
계산화학이란 직접 관찰하거나 계산하기 어려운 화학의 영역을 컴퓨터를 활용해 분석하는 분야이다. 이는 크게 분자동력학과 양자계산의 분야로 나눌 수 있다. 본 실험에서 사용한 양자 계산은 관찰하고자 하는 계에 대한 슈뢰딩거 방정식을 풀어 여러 정보를 얻어내는 것이 기본 이론이지만, 전자의 개수가 많아지면 해석적 해를 구하는 것이 불가능해진다. 따라서 상대적으로 무거운 원자핵의 위치를 고정하고 전자의 파동함수를 분리하는 Born-Oppenheimer approximation을 통해 근사적으로 계산을 진행하게 된다. 이러한 양자계산으로 계를 기술하는 방법은 크게 ab initio와 DFT(Density Functional Theory)로 나눌 수 있는데, 구조 최적화에서 사용하는 Hartree-Fock은 ab initio의 대표적인 방법이고, UV/vis absorption spectra 분석에 사용하는 TD-DFT (Time-Dependent Density Functional Theory)는 DFT에서 시간에 의존하는 퍼텐셜을 계산하는 방법이다. 구조 최적화는 분자의 구조를 바꿔가며 얻는 에너지의 gradient가 최소가 되는 global minimum을 찾아나가는 과정이며, 이때 1차 미분값만 이용하는 Steepest-Descent Method, 이전 step의 미분값도 이용하는 Conjucate-Gradient Method, 2차 미분값도 이용하는 Newton-Rapshon Method 등의 다양한 방법이 사용된다. DFT에서는 하나의 전자 밀도가 하나의 퍼텐셜 에너지에 일대일 대응된다는 Hohenberg-Kohn theorem에 의해 전자 한 개에 대한 Kohn-Sham equation을 self-consistent field 계산을 통해 풀어나가며 구한 전자 밀도로 계를 기술한다.[]
1.2. 실험 목적
본 실험에서는 계산화학 이론에 대한 이해를 바탕으로 5,6-dihydrodibenzo[c,g][1,2]diazocine (이하 diazocine)과 azobenzene의 각 이성질체의 구조를 ORCA 프로그램을 활용해 Hartree-Fock 방법으로 직접 최적화한다. 또한 TD-DFT 방법을 이용해 각 이성질체의 UV/vis absorption spectrum을 계산하고 이를 실제 실험 값과 비교한다. 또한 각 이성질체의 excitation energy를 구하여 HOMO-LUMO gap과 비교함으로써 두 값이 차이가 나는 이유를 분석한다.
계산화학적 방법을 사용하여 diazocine와 azobenzene의 이성질체 안정성과 전자구조 특성을 분석하고, 실험 결과와 비교하여 계산화학의 실제 응용 가능성을 확인하는 것이 본 실험의 목적이다. 특히 이성질체 간 excitation energy와 HOMO-LUMO gap의 차이를 규명함으로써 이들 간의 관계를 규명하고자 한다.
계산화학은 실험적으로 관찰하기 어려운 화학 현상을 컴퓨터 계산을 통해 분석하는 방법이다. ab initio 양자역학 계산과 DFT 기반의 계산을 통해 분자 구조, 에너지, 전자 상태 등을 예측할 수 있다. 특히 TD-DFT 방법은 시간에 의존하는 전자 밀도 함수를 사용하여 분자의 전자 전이 및 광흡수 특성을 계산할 수 있다. 따라서 계산화학적 방법을 통해 diazocine와 azobenzene의 이성질체 특성을 분석하고, 실험 결과와의 비교를 통해 계산화학의 유용성을 검증하고자 한다. 이를 통해 다양한 화학 현상에 대한 계산화학적 접근의 가능성을 확인할 수 있을 것이다.
2. 실험 방법
2.1. XC functional, Basis set, Calculation program
실험 전반에서 구조 최적화를 위해 ORCA 프로그램을 사용하였다. ORCA 입력 파일의 키워드 라인을 보면 'HF-3c'를 사용하여 Grimme's 3-corrected Hartree-Fock 방법으로 계산을 수행하였다. 이 방법은 기하학적 counterpoise 방식을 활용해 basis set 중첩오차를 제거하여 더 정확한 결과를 얻을 수 있다. 또한 'CPCM (HEXANE)'을 지정하여 용매로 헥산을 선택한 conductor-like polarizable ...
참고 자료
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