Thạc Sĩ Nghiên cứu phản ứng của ion amoni NH+4 bằng phương pháp lý thuyết hoá học lượng tử

Mục lục 1

Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt 3

MỞ ĐẦU .4

I. Lý do chọn đề tài .4

II. Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu đề tài. 5

II.1.

Mục đích của đề tài. 5

II.2.

Nhiệm vụ của đề tài. 5

II.3.

Phương pháp nghiên cứu đề tài. 5

III. Cấu trúc luận văn. .6

NỘI DUNG .7

Chương I: Cơ sở lý thuyết hoá học lượng tử 7

I.1. Phương trình Schrödinger .7

I.1.1

Toán tử Hamilton 7

I.1.2. Hàm sóng của hệ nhiều electron .8

I.1.3. Phương trình Schrödinger. 9

I.2. Cấu hình và trạng thái hệ nhiều electron. Bộ hàm cơ sở. .10

I.2.1. Cấu hình và trạng thái hệ nhiều electron. 10

I.2.2. Bộ hàm cơ sở. 11

I.3. Các phương pháp tính ab-initio trong HHLT. 14

I.3.1. Phương pháp trường tự hợp Hartree-Fock (Hartree-Fock Self

Consistent Field) và phương trình Roothaan 14

I.3.2. Phương pháp nhiễu loạn. .19

I.3.3. Phương pháp biến phân. 21

I.3.4. Phương pháp tương tác cấu hình (Configuration Interaction, CI) 22

I.3.5. Phương pháp phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory, DFT)

24

Chương II. Tổng quan hệ chất nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu. .26

II.1 Tổng quan về hệ chất nghiên cứu. 26

II.2 Phương pháp nghiên cứu 27

II.3 Tiến trình nghiên cứu 27

II.4. Ứng dụng lý thuyết HHLT để nghiên cứu các vấn đề Hoá học. 29

II.4.1. Thuyết phức chất hoạt động. .29

II.4.2. Nguyên tắc axit-bazơ cứng mềm (HSAB principle). 30

II.4.3. Bề mặt thế năng (Potential Energy Surface, PES) 31

II.4.3.1. Khái niệm bề mặt thế năng. .31

II.4.3.2. Các đặc điểm của bề mặt thế năng .33

II.4.4. Lý thuyết tính về dung dịch. .35

Chương III. Kết quả và thảo luận 37

III.1.

Phản ứng NH3 + O2 → HNO + H2O (III.3) 37

III.1.1.

Xét phản ứng hướng 1 .40

III.1.1.1. Giai đoạn 1. .41

III.1.1.2. Giai đoạn 2. .42

III.1.1.3. Giai đoạn 3. .42

III.1.1.4. Giai đoạn 4. .43

III.1.2. Tính các đại lượng nhiệt động học và động học cho hướng 1 45

III.1.2.1. Tính các đại lượng nhiệt động học 45

III.1.2.2. Tính các đại lượng động học. 46

III.1.3. Xét hướng phản ứng thứ 2 .47

III.1.4. Tính đại lượng nhiệt động học và động học cho hướng 2 .50

III.1.5. So sánh hai hướng của phản ứng NH3 + O2 → HNO + H2O 51

III.2. Phản ứng HNO + HO → NO+ + H2O2 (III.4) .51



III.2.1. Cơ chế phản ứng. .53

III.2.2. Tính các đại lượng nhiệt động học 54

III.2.3. Tính các đại lượng động học .55

III.3. Phản ứng HNO + H2O2 → HONO + H2O (III.5) .56

III.3.1. Cơ chế phản ứng. .57

III.3.2. Tính các đại lượng nhiệt động học 61

III.3.3. Tính các đại lượng động học .61

III.4.Nhận xét phản ứng (III.3), (III.4) và (III.5). 62

KẾT LUẬN .64

Tài liệu tham khảo .66

Phụ lục .69

I. Phản ứng NH3 + O2 → HNO + H2O .69

I.1. Kết quả Scan .69

I.2. Kết quả tối ưu các TS phản ứng 1. 72

I.3. Kết quả tính tần số 74

I.4. Kết quả chạy IRC phản ứng 1. 77

II. Phản ứng HNO + HO → NO+ + H2O2 85

II.1. Các kết quả tối ưu TS phản ứng 2. 85

II.2. Các kết quả chạy IRC phản ứng 2. 86

III. Phản ứng HNO + H2O2 → HONO + H2O .89

III.1. Kết quả Scan IS1 .89

III.2. Các kết quả tối ưu các TS 91

III.3. Các kết quả tính tần số 93


Lý do chọn đề tài

Ra đời từ những năm 1920, khởi nguồn từ phương trình Schrödinger

(1926), đã được xây dựng qua rất nhiều lý thuyết, gần đây hai giả thưởng Nobel

của hai nhà hoá học J.Pople, W.Kohn (1998) đã chứng tỏ Hóa học lượng tử đến

ngày nay phát triển mạnh mẽ và ngày càng đáp ứng được nhiều yêu cầu của

khoa học Hóa học, trở thành ngành khoa học mũi nhọn. Bên cạnh đó, sự phát

triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính cũng được vận dụng vào giúp cho Hóa

học lượng tử ngày càng đạt được nhiều kết quả chính xác hơn, phù hợp với thực

nghiệm hơn.

Sự phát triển đa dạng của các phần mềm máy tính phục vụ trong việc tính

HHLT như Gaussian, PC Gammes, HyperChem, Mopac, Reacdyn . đã và

đang giúp cho việc nghiên cứu HHLT được mở rộng hơn. Cho phép chúng ta

ngày càng có được nhiều thông tin về cơ chế phản ứng, các thông số về nhiệt

động học, động học, thông số về bề mặt thế năng, tọa độ phản ứng thực, tọa độ

động lực phản ứng . Các đại lượng về độ cứng độ mềm, tính thơm của phân

tử, cũng như phổ IR, phổ NMR

Ngày nay, việc nghiên cứu các phản ứng có ảnh hưởng đến môi trường

và con người đang được coi là vấn đề hàng đầu của các nhà khoa học nói chung

cũng như các nhà Hóa học nói riêng. Trong môi trường nước, ion NH4+ có nồng

độ cho phép là 3mg/lít và khi vượt quá mức cho phép, các phản ứng của nó

trong nước gây ra khá nhiều hiệu ứng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và

động vật sống xung quanh. Amoni có thể chuyển hóa thành các chất gây ung thư

và nhiều bệnh nguy hiểm khác, tuy bản thân nó không quá độc với cơ thể.

Với mong muốn được học tập, được hiểu biết thêm về HHLT và phần

nào đó được đóng góp cho việc nghiên cứu hệ dung dịch nước chứa ion amoni.

Với nguồn tài liệu hiện có, chúng tôi chưa thấy ai công bố về vấn đề này một

cách chi tiết. Do vậy chúng tôi tiến hành triển khai nghiên cứu đề tài mang tên:



“NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG CỦA ION AMONI NH4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP

LÝ THUYẾT HOÁ HỌC LƯỢNG TỬ ”

4