Simulaciones Computacionales. Hyperchem
FKIPEREnsayo28 de Septiembre de 2018
2.493 Palabras (10 Páginas)162 Visitas
Trabajo Práctico Nº2.A
Simulaciones Computacionales
Objetivos:
Mediante la utilización del programa Hyperchem se espera poder:
- Calcular las primeras y segundas energías de ionización, del segundo periodo (excepto Ne)
- Analizar el orden de magnitud de uniones químicas de las moléculas diatómicas: F₂, O₂ y N₂ compararlas con la energía de interacción intermolecular de H₂O.
- Expresar la energía potencial en función de la distancia interatómica de las moléculas de H₂ y He₂ mediante curvas.
- Analizar las tendencias del punto anterior
- Observar como se modifica la distribución de probabilidad electrónica en función de la distancia de estas moléculas, a distintas distancias.
- Realizar diagramas de orbitales moleculares para N₂, O₂ y CN¯
- Analizar geometría de distintas especies y compararlas con el modelo teórico TREPEV.
Átomos (energías de Ionización):
- Método utilizado: Ab Initio
- Base: Small (3-21G)
Elemento | Átomo | Ion | E.I. caclc. (kcal/mol) | E.I. tab. * (kcal/mol) | ||||
Multiplicidad | Carga | Energía (kcal/mol) | Multiplicidad | Carga | Energía | |||
Li | 2 | 0 | -4631,97 | 3 | +1 | -4509,97 | 122,00 | 124,3 |
Be | 1 | 0 | -9090,62 | 2 | +1 | -8904,34 | 186,28 | 214,3 |
B | 2 | 0 | -15304,81 | 1 | +1 | -15120,71 | 184,10 | 191,3 |
C | 3 | 0 | -23519,73 | 2 | +1 | -23269,50 | 250,23 | 259,6 |
N | 4 | 0 | -33951,65 | 3 | +1 | -33629,03 | 322,62 | 335,1 |
O | 3 | 0 | -46682,73 | 2 | +1 | -46294,44 | 388,29 | 314,0 |
F | 2 | 0 | -62026,18 | 1 | +1 | -61573,53 | 452,65 | 401,5 |
Tabla 1: primeras y segundas energías de ionización del segundo periodo
Se puede observar que la energía de los elementos del segundo período, aumenta conforme al grupo. Coloquialmente dicho, de izquierda a derecha. A su vez, podemos observar como la energía de los cationes es ligeramente mayor a la de los elementos de carga neutra, esto se debe a la perdida de electrón en cada caso particular. También, se puede ver, como la energía de ionización crece a lo largo del período; esto se debe a que el radio atómico va disminuyendo a medida que avanzamos hacia la derecha en la tabla periódica y al disminuir el radio, los electrones son atraídos más fuertemente por el núcleo, ya que la distancia que los separa es menor. Esto quiere decir que el apantallamiento es menor y por ende la carga nuclear efectiva también. Lo cual hace que sea mucho más difícil “remover” un electrón.
Podemos destacar un caso en particular. Si observamos la tabla, veremos que la energía de ionización del Berilio es mayor a la del Boro, o sea, no estaría cumpliendo la regla mencionada en el párrafo anterior. Esto se debe a los electrones ubicados en las capas de valencia. La configuración electrónica externa del Berilio es 2s(^2) y la del Boro 2s(^2)2p(^1). Como el Boro posee un electrón desapareado en su último orbital, es mucho más fácil remover a este que al del Berilo, el cual cuenta con su último orbital completo.
Moléculas
Energías de unión química
Método de optimización: Semiempirical
Base: AM1
Sistema | 2EM (kcal/mol) | EM2 (kcal/mol) | E unión (M2) calc. (kcal/mol) | E unión (M2) tab. * (kcal/mol) |
N₂ | -9335,46 | -9550,31 | -214,85 | -375 |
O₂ triplete | -14579,16 | -14726,02 | -146,86 | -119,11 |
O₂ singlete | -14579,16 | -14697,57 | -118,41 |
|
F₂ | -22244,23 | -22304,48 | -60,25 | -37,944 |
Tabla2
Una de las primeras cosas que se pueden remarcar es que la energía del O₂ singlete es mayor a la del triplete. Esto se debe a que el singlete es el estado excitado del oxígeno natural, este posee sus últimos dos electrones con espines opuestos, lo cual hace que tenga más energía y sea más reactivo.. Es importante remarcar que el tipo singlete y triplete son estados pertenecientes a la molécula de O2. Esto es verificable en la tabla 2, en ella podemos observar que las energías para dos átomos separados de oxigeno son iguales, pero cuando se trata de una molécula no.
Energía de interacción H₂O
Metodo: Ab Initio
Base: Minimal (STO-3G)
En la siguiente tabla se vertieron los datos obtenidos en el Hyperchem, luego de calcular la energía de una molecula de H₂O aislada y de calcular la interacción entre dos de estas.
Sistema | E monómetro (kcal/mol) | E dímero (kcal/mol) | E unión (M2) calc. (kcal/mol) | E unión tab. * (kcal/mol) |
H₂O | -47041,82 | -94089,56 | -5,94 | 5,01 |
Tabla 3
Podemos concluir que la energía del dímero de H₂O es mayor a la del monomero debido a la presencia de una interacción intermolecular denominada puente hidrógeno, la cual existe únicamente entre moléculas del tipo H₂X, siendo X un elemento altamente electronegativo y pequeño (Nitrógeno, Oxígeno o Flúor). Esta interacción es un caso particular de interacción dipolo-dipolo y ocurre gracias a que el hidrogeno posee una densidad de carga positiva y a que el mismo tiene un tamaño muy pequeño, por lo que le permite acercarse lo suficiente a los pares de electrones libres en otra molécula del mismo tipo. Este tipo de interacción es la culpable de ciertas propiedades del H₂O, tal como el punto de ebullición alto y la alta duración en el tiempo, en comparación a otro tipo de interacciones, tal como el dipolo inducido.
...