Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Các luận điểm cơ sở của thuyết MO 3
1.2. Phương pháp MO – Hucken 4
1.2.1. Quy tắc gần đúng Hucken 5
1.2.2. Trình tự áp dụng phương pháp MO – Hucken 5
1.2.3. Ví dụ 10
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20
2.1. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 20
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 20
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu 20
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu 20
2.3. Phương pháp nghiên cứu 20
2.4. Ý nghĩa của việc nghiên cứu 21
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22
3.1. Áp dụng phương pháp MO – Hucken để khảo sát các hệ liên hợp. 22
3.1.3. Penta–1,3–dien 30
3.1.4. 3–metylenpenta–1,4–dien 35
3.1.5. Metylen xiclopropen 42
3.1.6. Xiclopropenyl 47
3.1.7. Xiclobuta–1,3–dien 51
3.1.9. Benzen 65
3.2. Thảo luận 72
3.3. Nhận xét, ý nghĩa 77
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hóa học là một trong những môn khoa học có tính ứng dụng thực tiễn
quan trọng bậc nhất. Thông qua nghiên cứu về chất, hóa học đã tạo nên những
bước chuyển mang tính đột phá có tính chất quan trọng đối với sự phát triển
của nhân loại. Để làm được điều đó, các nhà nghiên cứu hóa học đã xây dựng
những thuyết (cơ sở lý luận) mang tính đặc thù trong đó có thuyết MO
(Molecular Orbitals). Sự ra đời của thuyết MO đánh dấu bước phát triển quan
trọng trong việc áp dụng Cơ học lượng tử vào hóa học. Thuyết này đã rất
thành công trong việc giải thích kết quả thực nghiệm và tính hóa học lượng
tử. Tuy nhiên, do tính trừu tượng của vấn đề nên nội dung thuyết này tương
đối khó và thuyết này chưa thật thành công trong việc giải thích được bản
chất về cấu tạo phân tử và liên kết hóa học. Cơ sở của vấn đề đó là phải giải
phương trình Schödinger cho phân tử khảo sát. Thông qua việc tìm hiểu
thuyết MO chúng ta thấy rằng việc giải phương trình này không hề đơn giản.
Phương pháp MO – Hucken do Hucken đề xuất đã đưa ra các quy tắc
gần đúng áp dụng vào giải phương trình Schödinger. Từ đó, tính toán được
các hàm orbitan phân tử, các mức năng lượng của chúng. Trên cơ sở đó xác
định được các đại lượng đặc trưng của phân tử và lập được giản đồ phân tử π
từ các đại lượng đặc trưng đó. Chúng có ý nghĩa rất quan trọng trong việc giải
thích bản chất liên kết và tiên đoán về khả năng phản ứng của các hệ liên hợp.
Nhận thức được tầm quan trọng của thuyết MO – Hucken trong việc
nghiên cứu các hệ liên hợp cộng với sự say mê tìm tòi mà tui lựa chọn đề tài:
“Tìm hiểu thuyết MO – Hucken và áp dụng xây dựng giản đồ phân tử π cho
một số hệ liên hợp”.
2
2. Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của phương pháp MO, MO – Hucken. Áp
dụng phương pháp MO – Hucken vào một số hệ liên hợp: allyl, buta–1,3–
dien, penta–1,3–dien, metylenxiclopropen, 3–metylenpenta–1,4–dien,
xiclopropenyl, xiclobutan–1,3–dien, bixiclobutadien, benzen.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Các luận điểm cơ sở của thuyết MO
Thuyết MO (Molecular Orbitals) được xây dựng bởi các nhà hóa học
Hund, Mulliken, Lenard –Jones, năm 1927 dựa trên những luận điểm sau:
a. Luận điểm 1
Phân tử gồm một số có hạn các hạt nhân nguyên tử và các electron
chuyển động không ngừng, liên kết với nhau thành một thể thống nhất trong
đó các electron được phân bố trên các orbitan chung của toàn phân tử - là các
orbitan phân tử (các MO).
b. Luận điểm 2
Một cách gần đúng, các MO được xây dựng như sau: MO chung của
phân tử là tổ hợp tuyến tính các MO chỉ chứa một elctron – gọi tắt là MO một
electron, được lấy gần đúng như sau: khi một electron chuyển động gần hạt
nhân hơn so với các hạt nhân khác của phân tử thì AO của electron đó được
coi là MO một electron của electron này. Như vậy, MO chung của toàn phân
tử là tổ hợp tuyến tính các AO nguyên tử. Nội dung đó được diễn đạt bằng
biểu thức:
MO i i
i=1
ψ c φ
Trong đó:
ψ là MO của phân tử.
φ là AO thứ r
c
i
là hệ số tổ hợp hàm sóng, cho biết tỉ lệ đóng góp của AO
thứ r vào MO, còn được gọi là trọng số thống kê.
4
Về nguyên tắc, số AO tham gia tổ hợp càng nhiều thì sự gần đúng càng
tốt. Tuy nhiên, nếu số lượng AO nhiều sẽ gây khó khăn cho việc tính. Vì vậy
thực tế người ta giới hạn số lượng AO, nên ta viết:
MO i i
i=1
ψ c φ
k
Số lượng MO thu được bằng số AO tham gia tổ hợp. Trong sự tổ hợp
đó nguyên lí xen phủ cực đại được tuân thủ.
Nội dung của sự gần đúng orbitan phân tử là tổ hợp tuyến tính các
orbitan nguyên tử, thường được viết tắt là sự gần đúng MO – LCAO
(Molecular Orbital – Linear Combination of Atomic Orbitals). Sự gần đúng
này được áp dụng rộng rãi trong Hóa học lượng tử.
c. Luận điểm 3
Các MO được xếp theo thứ tự năng lượng từ thấp lên cao thành giản
đồ năng lượng các MO; MO ứng với năng lượng thấp được gọi là MO liên
kết, MO ứng với năng lượng cao gọi là MO phản liên kết, số lượng 2 loại MO
này bằng nhau. Các electron được điền vào MO tuân theo nguyên lý năng
lượng cực tiểu, nguyên lý Pauli và quy tắc Hund – 1, kết quả ta có cấu hình
electron của phân tử.
1.2. Phương pháp MO – Hucken
Trên cơ sở của phương pháp MO – LCAO, các MO nhiều tâm không
định cư phải được thành lập từ sự tổ hợp tuyến tính các AO của nhiều nguyên
tử. Thí dụ đối với trường hợp benzen, MO – π được thành lập từ sự tổ hợp của
6 orbitan p có trục thẳng góc với mặt phẳng phân tử của 6 nguyên tử cacbon.
Sự tổ hợp của 6 AO này (ký hiệu là φ
r
với r = 1, 2,…, 6) sẽ cho 6 MO:
i i1 1 i2 2 i3 3 i4 4 i5 5 i6 6
ψ (π)=c φ +c φ +c φ +c φ +c φ +c φ (i = 1
÷ 6)
Việc xác định các hệ số c
ir
và các mức năng lượng ứng với các MO
trên được thực hiện trên cơ sở của phép tính biến phân.
5
Để đơn giản hóa các phép tính, năm 1931 Hucken đã đưa ra một số
quy tắc gần đúng, chủ yếu là bỏ qua các tương tác yếu giữa các electron trong
phân tử. Phương pháp gần đúng tính các MO – π không định cư cũng như các
mức năng lượng tương ứng này được gọi là phương pháp gần đúng Hucken
hay phương pháp Hucken. Khi nói đến phương pháp Hucken ta chỉ cần hiểu
đây là một biến thể hay một sự đơn giản hóa phương pháp cơ bản MO –
LCAO áp dụng cho việc khảo sát các MO – π không định cư. Cũng vì vậy,
phương pháp Hucken còn được gọi là phương pháp MO – Hucken.
1.2.1. Quy tắc gần đúng Hucken
Các quy tắc gần đúng của Hucken:
- Các tích phân xen phủ:
- Các tích phân Coulomb:
H
ii
=
∫
i
φ
Ĥ
i
φ
= α
- Các tích phân trao đổi:
H
ij
=
∫
i
φ
Ĥ
j
φ
=
β
(і và j kề nhau)
H
ij
=
φ
i
Ĥ
j
φ dτ
= 0 (і và j không kề nhau)
Với phương pháp gần đúng Hucken, năng lượng của các MO có thể
biểu diễn một cách đơn giản chỉ bằng hai thông số là tích phân Coulomb α và
tích phân trao đổi β với dạng:
E = α + mβ (trong đó m là hệ số)
Trong phương pháp này không cần tính các tích phân α và β. Cả α
và β đều là những đại lượng đặc trưng âm và
α
>>
β
.
1.2.2. Trình tự áp dụng phương pháp MO – Hucken
a. Xác định ψ
i
ij i j
0 (i j)
S = φ φ dτ =
1 (i = j)
6
Bước 1: Đánh số thứ tự cho các nguyên tử cacbon của phân tử khảo sát.
Bước 2: Xây dựng hàm MO – π bằng cách tổ hợp tuyến tính các hàm AO
đã chọn.
Tổ hợp các AO 2p của các nguyên tử cacbon trong hệ liên hợp tạo
thành các MO π. Kí hiệu mỗi AO 2p là φ, ta có tổ hợp MO:
1 1 2 2 n n
ψ = c φ + c φ + + c φ
(1)
Bước 3: Xác lập định thức thế kỉ.
Phương trình Schodinger: Ĥψ = Eψ
Biến đổi thích hợp ta thu được biểu thức năng lượng E như sau:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. Các luận điểm cơ sở của thuyết MO 3
1.2. Phương pháp MO – Hucken 4
1.2.1. Quy tắc gần đúng Hucken 5
1.2.2. Trình tự áp dụng phương pháp MO – Hucken 5
1.2.3. Ví dụ 10
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20
2.1. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 20
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 20
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu 20
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu 20
2.3. Phương pháp nghiên cứu 20
2.4. Ý nghĩa của việc nghiên cứu 21
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22
3.1. Áp dụng phương pháp MO – Hucken để khảo sát các hệ liên hợp. 22
3.1.3. Penta–1,3–dien 30
3.1.4. 3–metylenpenta–1,4–dien 35
3.1.5. Metylen xiclopropen 42
3.1.6. Xiclopropenyl 47
3.1.7. Xiclobuta–1,3–dien 51
3.1.9. Benzen 65
3.2. Thảo luận 72
3.3. Nhận xét, ý nghĩa 77
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hóa học là một trong những môn khoa học có tính ứng dụng thực tiễn
quan trọng bậc nhất. Thông qua nghiên cứu về chất, hóa học đã tạo nên những
bước chuyển mang tính đột phá có tính chất quan trọng đối với sự phát triển
của nhân loại. Để làm được điều đó, các nhà nghiên cứu hóa học đã xây dựng
những thuyết (cơ sở lý luận) mang tính đặc thù trong đó có thuyết MO
(Molecular Orbitals). Sự ra đời của thuyết MO đánh dấu bước phát triển quan
trọng trong việc áp dụng Cơ học lượng tử vào hóa học. Thuyết này đã rất
thành công trong việc giải thích kết quả thực nghiệm và tính hóa học lượng
tử. Tuy nhiên, do tính trừu tượng của vấn đề nên nội dung thuyết này tương
đối khó và thuyết này chưa thật thành công trong việc giải thích được bản
chất về cấu tạo phân tử và liên kết hóa học. Cơ sở của vấn đề đó là phải giải
phương trình Schödinger cho phân tử khảo sát. Thông qua việc tìm hiểu
thuyết MO chúng ta thấy rằng việc giải phương trình này không hề đơn giản.
Phương pháp MO – Hucken do Hucken đề xuất đã đưa ra các quy tắc
gần đúng áp dụng vào giải phương trình Schödinger. Từ đó, tính toán được
các hàm orbitan phân tử, các mức năng lượng của chúng. Trên cơ sở đó xác
định được các đại lượng đặc trưng của phân tử và lập được giản đồ phân tử π
từ các đại lượng đặc trưng đó. Chúng có ý nghĩa rất quan trọng trong việc giải
thích bản chất liên kết và tiên đoán về khả năng phản ứng của các hệ liên hợp.
Nhận thức được tầm quan trọng của thuyết MO – Hucken trong việc
nghiên cứu các hệ liên hợp cộng với sự say mê tìm tòi mà tui lựa chọn đề tài:
“Tìm hiểu thuyết MO – Hucken và áp dụng xây dựng giản đồ phân tử π cho
một số hệ liên hợp”.
2
2. Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của phương pháp MO, MO – Hucken. Áp
dụng phương pháp MO – Hucken vào một số hệ liên hợp: allyl, buta–1,3–
dien, penta–1,3–dien, metylenxiclopropen, 3–metylenpenta–1,4–dien,
xiclopropenyl, xiclobutan–1,3–dien, bixiclobutadien, benzen.
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Các luận điểm cơ sở của thuyết MO
Thuyết MO (Molecular Orbitals) được xây dựng bởi các nhà hóa học
Hund, Mulliken, Lenard –Jones, năm 1927 dựa trên những luận điểm sau:
a. Luận điểm 1
Phân tử gồm một số có hạn các hạt nhân nguyên tử và các electron
chuyển động không ngừng, liên kết với nhau thành một thể thống nhất trong
đó các electron được phân bố trên các orbitan chung của toàn phân tử - là các
orbitan phân tử (các MO).
b. Luận điểm 2
Một cách gần đúng, các MO được xây dựng như sau: MO chung của
phân tử là tổ hợp tuyến tính các MO chỉ chứa một elctron – gọi tắt là MO một
electron, được lấy gần đúng như sau: khi một electron chuyển động gần hạt
nhân hơn so với các hạt nhân khác của phân tử thì AO của electron đó được
coi là MO một electron của electron này. Như vậy, MO chung của toàn phân
tử là tổ hợp tuyến tính các AO nguyên tử. Nội dung đó được diễn đạt bằng
biểu thức:
MO i i
i=1
ψ c φ
Trong đó:
ψ là MO của phân tử.
φ là AO thứ r
c
i
là hệ số tổ hợp hàm sóng, cho biết tỉ lệ đóng góp của AO
thứ r vào MO, còn được gọi là trọng số thống kê.
4
Về nguyên tắc, số AO tham gia tổ hợp càng nhiều thì sự gần đúng càng
tốt. Tuy nhiên, nếu số lượng AO nhiều sẽ gây khó khăn cho việc tính. Vì vậy
thực tế người ta giới hạn số lượng AO, nên ta viết:
MO i i
i=1
ψ c φ
k
Số lượng MO thu được bằng số AO tham gia tổ hợp. Trong sự tổ hợp
đó nguyên lí xen phủ cực đại được tuân thủ.
Nội dung của sự gần đúng orbitan phân tử là tổ hợp tuyến tính các
orbitan nguyên tử, thường được viết tắt là sự gần đúng MO – LCAO
(Molecular Orbital – Linear Combination of Atomic Orbitals). Sự gần đúng
này được áp dụng rộng rãi trong Hóa học lượng tử.
c. Luận điểm 3
Các MO được xếp theo thứ tự năng lượng từ thấp lên cao thành giản
đồ năng lượng các MO; MO ứng với năng lượng thấp được gọi là MO liên
kết, MO ứng với năng lượng cao gọi là MO phản liên kết, số lượng 2 loại MO
này bằng nhau. Các electron được điền vào MO tuân theo nguyên lý năng
lượng cực tiểu, nguyên lý Pauli và quy tắc Hund – 1, kết quả ta có cấu hình
electron của phân tử.
1.2. Phương pháp MO – Hucken
Trên cơ sở của phương pháp MO – LCAO, các MO nhiều tâm không
định cư phải được thành lập từ sự tổ hợp tuyến tính các AO của nhiều nguyên
tử. Thí dụ đối với trường hợp benzen, MO – π được thành lập từ sự tổ hợp của
6 orbitan p có trục thẳng góc với mặt phẳng phân tử của 6 nguyên tử cacbon.
Sự tổ hợp của 6 AO này (ký hiệu là φ
r
với r = 1, 2,…, 6) sẽ cho 6 MO:
i i1 1 i2 2 i3 3 i4 4 i5 5 i6 6
ψ (π)=c φ +c φ +c φ +c φ +c φ +c φ (i = 1
÷ 6)
Việc xác định các hệ số c
ir
và các mức năng lượng ứng với các MO
trên được thực hiện trên cơ sở của phép tính biến phân.
5
Để đơn giản hóa các phép tính, năm 1931 Hucken đã đưa ra một số
quy tắc gần đúng, chủ yếu là bỏ qua các tương tác yếu giữa các electron trong
phân tử. Phương pháp gần đúng tính các MO – π không định cư cũng như các
mức năng lượng tương ứng này được gọi là phương pháp gần đúng Hucken
hay phương pháp Hucken. Khi nói đến phương pháp Hucken ta chỉ cần hiểu
đây là một biến thể hay một sự đơn giản hóa phương pháp cơ bản MO –
LCAO áp dụng cho việc khảo sát các MO – π không định cư. Cũng vì vậy,
phương pháp Hucken còn được gọi là phương pháp MO – Hucken.
1.2.1. Quy tắc gần đúng Hucken
Các quy tắc gần đúng của Hucken:
- Các tích phân xen phủ:
- Các tích phân Coulomb:
H
ii
=
∫
i
φ
Ĥ
i
φ
= α
- Các tích phân trao đổi:
H
ij
=
∫
i
φ
Ĥ
j
φ
=
β
(і và j kề nhau)
H
ij
=
φ
i
Ĥ
j
φ dτ
= 0 (і và j không kề nhau)
Với phương pháp gần đúng Hucken, năng lượng của các MO có thể
biểu diễn một cách đơn giản chỉ bằng hai thông số là tích phân Coulomb α và
tích phân trao đổi β với dạng:
E = α + mβ (trong đó m là hệ số)
Trong phương pháp này không cần tính các tích phân α và β. Cả α
và β đều là những đại lượng đặc trưng âm và
α
>>
β
.
1.2.2. Trình tự áp dụng phương pháp MO – Hucken
a. Xác định ψ
i
ij i j
0 (i j)
S = φ φ dτ =
1 (i = j)
6
Bước 1: Đánh số thứ tự cho các nguyên tử cacbon của phân tử khảo sát.
Bước 2: Xây dựng hàm MO – π bằng cách tổ hợp tuyến tính các hàm AO
đã chọn.
Tổ hợp các AO 2p của các nguyên tử cacbon trong hệ liên hợp tạo
thành các MO π. Kí hiệu mỗi AO 2p là φ, ta có tổ hợp MO:
1 1 2 2 n n
ψ = c φ + c φ + + c φ
(1)
Bước 3: Xác lập định thức thế kỉ.
Phương trình Schodinger: Ĥψ = Eψ
Biến đổi thích hợp ta thu được biểu thức năng lượng E như sau:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links