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서울대학교 일반화학실험1 A 실험 보고서 8 계산화학

"서울대학교 일반화학실험1 A 실험 보고서 8 계산화학"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.10.15 최종저작일 2018.03
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서울대학교 일반화학실험1 A 실험 보고서 8 계산화학
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    소개

    "서울대학교 일반화학실험1 A 실험 보고서 8 계산화학"에 대한 내용입니다.

    목차

    I. Data & Results
    II. Discussion

    본문내용

    거리에 따른 분자의 에너지와 오비탈의 에너지를 측정한 결과는 아래와 같다. 단, 프로그램은 uchem 4.02를 사용했으며 계산은 Hartree-Fock method, 메모리는 300, basis set은 6-31G를 사용하였다. 거리는 F2의 경우 0.55A으로부터 평형 위치에 가장 가까운 1.35A까지 4등분, 평형위치에서 가장 가까운 1.45A에서 3A까지 등분하여 총 10개의 데이터를 수집하였다. N2의 경우 0.5A으로부터 평형위치에 가장 가까운 1A까지 3등분, 평형위치로부터 가장 가까운 1.1A으로부터 6.1A까지 8등분 하여 총 14개의 데이터를 수집하였다.

    점선은 오비탈의 에너지, 실선은 분자의 총에너지를 의미한다. F2의 경우 결합길이는 runtype으로 optimize로 구한 결과 1.412A였으며 N2의 경우 마찬가지 방법으로 구한 결과 1.089A였다. F2의 평형위치에서 분자의 총에너지는 -198.65[Hartree]로 100A에서 분자의 총에너지는 -196.21 [Hartree] 였다. N2의 경우는 평형위치에서 총에너지는 -108.87[Hartree]였으며 100A에서 분자의 총에너지는 -87.41 [Hartree]였다. 따라서 100A의 거리에서는 각각의 원자가 서로 독립적으로 존재한다고 할 수 있으므로 F2와 N2의 결합에너지는 각각..

    <중 략>

    참고자료

    · Peter Atkins, Loretta Jones, (김 관, 김병문, 이상엽, 정두수, 정영근 역), “화학의 원리 제5판”,5e/d , 자유아카데미, 2012, p.p.189-191
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. Hartree-Fock 방법과 계산화학
      Hartree-Fock 방법은 계산화학의 기초를 이루는 중요한 이론적 틀입니다. 이 방법은 전자 상호작용을 평균장 근사로 처리하여 복잡한 다전자 시스템을 효율적으로 계산할 수 있게 해줍니다. 특히 분자의 전자 구조를 이해하는 데 있어 상당히 정확한 결과를 제공하며, 계산 비용도 상대적으로 합리적입니다. 다만 전자 상관관계를 완전히 고려하지 못한다는 근본적인 한계가 있어, 더 정확한 예측이 필요한 경우에는 후속 방법들이 필요합니다. 현대 계산화학에서도 여전히 광범위하게 사용되고 있으며, 많은 고급 방법들의 출발점이 되고 있습니다.
    • 2. 분자 결합길이 및 결합에너지 계산
      분자의 결합길이와 결합에너지 계산은 분자의 안정성과 반응성을 예측하는 데 매우 중요합니다. Hartree-Fock 방법을 포함한 양자화학 계산은 이러한 물성을 상당히 정확하게 예측할 수 있습니다. 결합길이의 경우 실험값과 비교하여 일반적으로 1-2% 정도의 오차 범위 내에서 계산되며, 결합에너지도 정성적으로는 매우 신뢰할 수 있습니다. 다만 정량적 정확도는 사용하는 기저함수의 크기와 계산 방법의 수준에 따라 크게 달라집니다. 이러한 계산 결과는 신약 개발, 재료 과학, 촉매 설계 등 다양한 분야에서 실질적인 응용 가치를 제공합니다.
    • 3. 분자 오비탈 이론과 오비탈 순서
      분자 오비탈 이론은 분자의 화학 결합과 전자 구조를 이해하는 가장 우아한 틀 중 하나입니다. 원자 오비탈의 선형 결합으로 분자 오비탈을 구성하는 개념은 직관적이면서도 강력한 예측력을 제공합니다. 오비탈 순서는 분자의 전자 배치, 자기성, 반응성 등을 결정하는 핵심 요소입니다. 특히 Hartree-Fock 계산으로부터 얻어지는 오비탈 에너지는 분자의 이온화 에너지나 전자 친화도와 관련이 있어 실험과 비교할 수 있습니다. 다만 오비탈 순서의 역전 현상이나 예외적인 경우들이 존재하므로, 단순한 규칙만으로는 모든 경우를 설명할 수 없습니다.
    • 4. Hartree-Fock 방법의 한계 및 개선방안
      Hartree-Fock 방법의 가장 근본적인 한계는 전자 상관관계를 무시한다는 점입니다. 이로 인해 결합 해리 에너지, 여기 상태, 반응 장벽 등을 정확히 예측하지 못하는 경우가 많습니다. 이를 개선하기 위해 Configuration Interaction, Coupled Cluster, Density Functional Theory 등 다양한 방법들이 개발되었습니다. 특히 DFT는 계산 효율성과 정확도의 좋은 균형을 제공하여 현대 계산화학에서 가장 널리 사용됩니다. 또한 기저함수의 선택도 중요한 요소로, 더 큰 기저함수를 사용하면 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 각 방법의 장단점을 이해하고 문제에 맞는 적절한 방법을 선택하는 것이 중요합니다.
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