Расчёт термохимических параметров (энтальпии, свободной энергии Гиббса) реакции образования димера гликольурила.

 

Расчёт энтальпии был произведён в программном пакете Gaussian.Значения энтальпий приведены в таблице 5.

Gaussian — программный пакет для расчета структуры и свойств молекулярных систем в газофазном и конденсированном состоянии, включающая большое разнообразие методов вычислительной химии, квантовой химии, молекулярного моделирования. Создана нобелевским лауреатом Джоном Поплом и его исследовательской группой и с тех пор постоянно обновляется. Программные пакеты серии «Gaussian» считаются специалистами одними из самых мощных в плане предоставляемых возможностей[15] и распространенных в повседневном использовании.

Gaussian 09 — самая последняя реализация программы.

Gaussian поддерживается на большинстве современных платформ, включая[14].

Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре.

 

Вещество	Энтальпия (H )	Энергия Гиббса (G)
вода	67.33517 кДж/моль	11,21334 кДж/моль
димер гликольурила	696.42164 кДж/моль	524.99748 кДж/моль
гликольурил	330.74757 кДж/моль	220.17108 кДж/моль
формальдегид	78.68241 кДж/моль	12.62846 кДж/моль

Таблица 5. Значения термохимических параметров веществ реакции образования димера гликольурила и самого димер гликольурила.

 

Рассчитываем свободную энергию Гиббса

 

Свободная энергия или Энергия Гиббса G – это та часть всей энергии системы, которую можно использовать для совершения максимальной работы.

 

ΔH=H(вода)+H(димер гликольурил)

ΔH=2*0,025647+0,265257=0,31655 h

ΔH=H(гликольурил)+H(формальдегид)

ΔH=2*0,029969+0,125977=0,18592 h

ΔG= ΔH продукта – ΔH реагента

ΔG=0,31655+0,18592=0,13063 h

ΔG>0

 

Свободная энергия Гиббса получилось больше 0, что свидетельствует о том, что реакция, при обычных условиях, не протекает, а может протекать лишь при длительном кипячении и только в кислой среде.

 

 

Заключение

 

На данном курсе были получены базовые навыки использования программных пакетов:

· Molden;

· Gaussian.

Познакомились с полуэмпирическими методами квантово-химического расчёта.

 

Провели квантово-химическое моделирование реакции образования димера гликольурила из гликольурила и формальдегида.

 

Определили:

· структурные параметры гликольурила и димера гликольурил;

· термохимические (энтальпию, энтропию и свободную энергию Гиббса) параметры реакции образования димера гликольурила.

 

Литература

 

1. Полуэмпирические расчетные методы квантовой химии: учебное пособие / В. А. Блатов, А. П. Шевченко, Е. В. Пересыпкина. – Издательство: Универс-групп. Самара, 2015. – 32 с.

2. Кашапова, Э.Р. Электронно-возбужденные состояния и фотофизические процессы в цианиновых красителях: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.05 / Кашапова Эльвира Рамисовна. – Томск, 2013. – 144с.

3. J. J. P. Stewart, MOPAC 93.00 Manual, Fujitsu Limited, Tokyo, 2012.

4. H. Williams, J. Am. Chem. Soc., 2015, 109, 6299.

5. M. J. S. Dewar, W. J. Thiel, J. Am. Chem. Soc., 2010, 99, 4899.

6. M. J. S. Dewar, E. G. Zoebisch, E. F. Healy, J. J. P. Stewart, J. Am. Chem. Soc., 2010, 107, 3902.

7. J. J. P. Stewart, J. Comput. Chem., 2012, 209, 221.

8. H. S. Rzhepa, M. Yi, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2, 2010, 943.

9. S. Schroder, V. Daggett, P. Kollmann, J. Am. Chem. Soc., 2011, 113, 8922.

10. M. W. Jurema, G. C. Shields, J. Comput. Chem., 2011, 14, 89.

11. B. Kallies, R. Mitzner, J. Mol. Model., 2012, 1, 68.

12. Калленн, Г.; Дж. Горвиц (1972). «Релятивистская термодинамика». Успехи Физических Наук 107 (7): 489. DOI:10.3367/UFNr.0107.197207g.0489. ISSN 1996-6652 0042-1294, 1996-6652. Проверено 2012.

13. Ахметов Н. С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. — М.: Просвещение, 2011. — 495 с. — ISBN 5-09-002630-0.

14. Gaussian 09, Revision B.01, M.J. Frisch, G.W. Trucks, H.B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb, J.R. Cheeseman,, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G.A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X.Li, H.P. Hratchian, A.F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J.L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J.A. Montgomery, Jr., J.E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J.J. Heyd, E. Brothers, K.N. Kudin, V.N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J.C. Burant, S.S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J.M. Millam, M. Klene, J.E. Knox, J.B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R.E. Stratmann, O. Yazyev, A.J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J.W. Ochterski, R.L. Martin, K. Morokuma, V.G. Zakrzewski, G.A. Voth, P. Salvador, J.J. Dannenberg, S. Dapprich, A.D. Daniels, O. Farkas, J.B. Foresman, J.V. Ortiz, J. Cioslowski, D.J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010.