1.3.16 干实验:计算溴气分子的键能

本实验将使用计算化学方法,计算Br2分子中Br-Br键的键能。

本实验将使用WebMo作为平台构建分子,并使用Gaussian16进行几何结构优化计算。、


与1.3.15节相同,首先,无需注册,使用“guest”作为账号登录WebMo,密码也为“guest”。

https://www.webmo.net/demoserver/cgi-bin/webmo/login.cgi


登录到WebMo的Job Manager页面之后,点击New Job,在下拉菜单里选择Create New Job,进入Build Molecule界面。选择Periodic Table工具,选择Br原子。单击屏幕以添加一个Br原子。之后,从Br原子处向另一方向拖拽,以添加一个和Br原子相连的Br原子。最后使用clean up工具,对Br2分子的构型进行基于经验的初步优化。

构建好的Br2分子如图所示。


使用与1.3.15节相同的方法提交计算任务:点击右下角的箭头。在选择计算化学软件一页中选择Gaussian。再次点击右下角的箭头,在Calculation一栏中选择Geometry Optimization(几何结构优化),在Theory一栏中选择B3LYP。在Basis Set一栏中选择6-31G(d)。再次点击右下角的箭头,提交计算任务。等待10s左右。




单击计算任务的名称(即图里的Br2),查看此任务。



向下滚动,查看Br2分子优化后的结构的单点能(single point energy)。在本例中其名称为RB3LYP Energy,值为-5143.39914066 Hartree。



之后,使用WebMo,使用完全相同的方法,计算Br原子的单点能。计算结果为-2571.65693221 Hartree。




化学键的键能指破坏掉1mol化学键(即“拉开”成键的原子,使其距离无限远)所需的能量。Br2分子的能量为-5143.39914066 Hartree,而2个无限远的Br原子的能量为2 × (-2571.65693221) Hartree。列出等式:

Br2中Br-Br键能 = 2 × Br原子的能量 − Br2分子的能量 = 2 × (-2571.65693221) -  (-5143.39914066) Hartree = 0.085276 Hartree ≈ 223.89 kJ/mol


Br2键能的实验值为193KJ/mol,计算误差为16.01%。


  • 思考1(超纲警告):在选择Calculation type的时候,如果我们选择Molecular Energy 而不是 Geometry Optimization,Gaussian将不会优化分子的几何结构,而是直接计算原始的结构的单点能。请问,对于本次实验:
    • 我们可以不优化Br2分子的几何结构,直接计算Br2分子的单点能吗?

    • 我们可以不优化Br原子的几何结构,直接计算Br原子的单点能吗?