계산화학 실습

소개

서울대학교 화학실험 A+ 레포트입니다

목차

1. INTRODUCTION

2. RESULT
2.1 분자오비탈 도표
2.2 분자의 최적화
2.3 퍼텐셜 에너지 곡면

3. DATA ANALYSIS AND DISCUSSION
3.1 HE2, O2, N2결합 차수 및 결합 에너지
3.2 HE2, N2의 퍼텐션에너지 곡면
3.3 결합 길이, 결합 에너지의 실제 값과 이론 값

4. ASSIGNMENT
4.1 과제1
4.2 과제2
4.3 과제4

5. REFERENCE

본문내용

1. Introduction
그동안 화학에서 다양한 실험을 통해 화학에 대한 지식을 넓힐 수 있었지만, 여전히 실험이나 수학적 방법으로 알기 어려운 부분들이 존재한다. 화학자들은 풀기 어려운 수식들을 컴퓨터를 사용하는 계산화학이라는 학문을 통하여 실제에 가까운 계에 대한 해결을 시도하게 되었다. 계산화학 방법론 중에서도 분자동력학, 양자화학 등이 있는데, 본 실험에서는 양자화학 방법론을 이용하여 N¬2, He¬2, O2의 최적화된 구조를 결정하고, 이때의 결합 길이와 결합 에너지를 알아볼 것이다. 이후 결합 길이를 조정하여 이에 따른 결합 에너지 그래프인 퍼텐셜 에너지 곡면 그래프를 그려볼 것이다. 본 실험은 계산화학 프로그램인 GAMESS 계산을 통하여 계산화학에 대한 이해도를 높이는 데에 목표를 두고 있다.
양자계산
양자화학 방법론은 Schrondinger 방정식을 풀면서 계산하는 것인데, 수소와 같은 단순한 계가 아닌 복잡한 계에 대해서는 슈뢰딩거 방정식의 정확한 해를 구할 수 없다. 따라서 해가 될 수 있는 함수의 종류를 국한시키고 자체-일관성 장(self-consistent field, SCF) 방법론을 사용해 해와 방정식이 수렴할 수 있도록 점점 다가간다. 본 실험에서 사용하는 SCF 방법론은 개개의 오비탈에 대한 방정식으로 나누는 Hartree-Fock방법론을 사용한다.
2. RESULT
2.1 분자오비탈 도표
He¬2¬, N¬2¬, O¬2의 분자 오비탈을 아래와 같이 나타낼 수 있다. 결합차수(bond order)는 다음과 같이 구할 수 있다.
2.2 분자의 최적화
Avogadro를 실행하여 분자의 최적화를 진행한 후, edison 사이트에서의 GAMESS 프로그램에서 결합 길이, 분자 에너지, 개별 원자의 에너지 값을 얻을 수 있었다.
모든 분자의 Basic Setup에서 equilibrium geometry를 계산하고, basis set은 6-31G로 설정했다.

참고자료

· https:// www.msg.chem.iastate.edu/gamess/GAMESS_Manual/input.pdf : GAMESS 매뉴얼
· Schmidt, Michael W., et al. "General atomic and molecular electronic structure system." Journal of computational chemistry 14.11 (1993), 1347 1363.
· Zumdall, 줌달의 일반화학 9판, 화학교재연구회(역), 사이플러스(2014), 49-50, 1060-1063
· 정우 한. “Computational Catalysis and Emerging Materials Laboratory, POSTECH.” 2020, www.cheric.org/PDF/NICE/NI38/NI38-1-0038.pdf.