계산화학을 이용한 분자의 전자 구조 분석 예비레포트 [물리화학실험, A+]

소개

계산화학을 이용한 분자의 전자 구조 분석 예비 레포트입니다. 본 과목은 A+를 맞았습니다. 내용적인 측면을 자세히 작성하였습니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론
3. 시약 및 기구
4. 실험 절차

본문내용

1. 실험 목적
① 양자화학 계산 패키지인 ORCA의 사용법을 익힌다.
② 분자 모델링 프로그램인 Avogadro를 이용하여 입력 파일을 생성해 계산을 수행한다.
③ 분자의 안정한 구조를 찾는 방법을 배운다.
④ 계산 결과로 생성된 파일을 해석한다.
⑤ 다양한 양자화학 계산 방법들을 이용하여, 수소 분자의 에너지가 결합 길이에 따라 어떻게 변하는지 계산한다.
⑥ 다양한 양자화학 계산 방법들의 특징과 한계를 분석한다.

2. 실험 이론
① 계산화학
1) 계산화학(컴퓨터 화학)
- 계산으로 이론화학의 문제를 다루는 화학의 분야 중 하나이다.
- 분자, 원자, 원자 구성 입자들을 타나내는 수학 방정식의 컴퓨터 조작을 통해, 이들 입자의 행동을 연구하는 학문이다.
2) 계산화학의 역사
- 계산화학은 1970년대에 새롭게 떠오른 분야이다. 그 이전에는 이론화학, 양자화학으로 분류되었다.
- 1970년: ‘계산화학‘ 용어가 처음 사용되었다.
3) 계산화학의 분야
- 전자 구조 계산: 양자 화학적 전자 구조 계산은 전자에 대한 슈뢰딩거 방정식의 해를 먼저 구한다. → 이로부터 원자와 분자 오비탈, 전자 밀도, 에너지 등의 다양한 성질에 대한 정보를 얻는 것을 목표로 한다.
- 분자 역학: 고전 역학에 근거하여 유도한 퍼텐셜 함수들을 사용하여 분자계의 퍼텐셜 에너지를 계산하는 방법이다.
- 양자역학(QM), 분자역학(MM): 양자 역학 계산의 정확도와 분자 역학 계산의 속도를 결합하려는 복합 방법이다.
- 분자 동역학: 일정 시간 동안 원자와 분자의 운동을 계산하여, 계의 동적 '진화'를 모사하는 방법이다.

참고자료

· 네이버 지식백과, 계산 화학 [computational chemistry], 화학백과
· Karl N. Kirschner, Dirk Reith, Wolfgang Heiden, The performance of Dunning, Jensen, and Karlsruhe basis sets on computing relative energies and geometries,
· Soft Materials, 2020.
· 네이버 지식백과, 밀도범함수이론[Density functional theory], 물리학백과
· 네이버 지식백과, 슈뢰딩거 방정식[Schrödinger equation], 물리학백과
· WIKIPECIA, Basis set (chemistry)
· Ditchfield, R; Hehre, W.J; Pople, J. A., "Self-Consistent Molecular-Orbital Methods. IX. An Extended Gaussian-Type Basis for Molecular-Orbital Studies of Organic Molecules". J. Chem. Phys. 54, 1971.