重庆大学化学化工学院《结构化学》实验报告姓名学号：年级专业：指导老师：重庆大学化学化工学院2013年12月21日实验一利用量子化学计算软件验证分子轨道理论和判断分子点群一、主要仪器设备及软件1、仪器：用于计算的计算机。

2、软件：gviewA、建模软件(1) Chemoffice是一款广受化学学习、研究者好评的化学学习工具。

(2) GaussView 主要功能有创建三维分子模型，计算任务设置全面支持Gaussian 计算，和显示Gaussian计算结果等。

B、计算软件：(1) Gaussian:量子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，由量子化学家约翰波普的实验室开发，可以应用从头计算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构；过渡态能量和结构；化学键及反应能量；分子轨道；偶极矩；多极矩；红外光谱和拉曼光谱，核磁共振，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等分子相关计算。

(2) Materials Studio：是ACCELRYS 公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在PC上的模拟软件。

(3) V ASP是使用赝势和平面波基组，进行第一定律分子动力学计算的软件包。

(4) Gamess-US: 由于免费与开放源码，成为除Gaussian以外，最广泛应用的量子化学软件，目前由Iowa State Uinversity的Mark Gorden 教授的研究组主理。

(5) CASTEP:是由密度泛函理论为基础的计算程式所组成，同时采用平面波(plane wave)为基底处理波函数，可针对具有周期性的固态材料表面进行化学模拟计算。

(6) ATK：是由丹麦公司QuantumWise A/S开发的一款通用的电子态结构计算软件。

其他量子化学计算软件目前，除了上面提到的几版著名量子化学计算软件之外，还有大量商业和免费的量子化学计算软件，其中绝大部分是从事量子化学或计算化学研究的实验室自行开发的，此外，一些著名的大型化学软件如HyperChem、Chem3D、Sybyl 等，也包含有量子化学计算包。

二、实验目的1、了解常用的计算方法及相应的基组，如半经验方法有AM1、PM3等，从头算法有HF、B3LYP、MP n、CCSD等，基组3-21G(d),6-31+G(d)等。

2、学会利用建模软件构建简单的化学分子；会设置Gaussian的计算格式，能够对计算结果进行利用分析；能够根据已学的理论知识利用软件判断简单分子的点群，且会设置计算。

3、会利用GaussView画分子结构和分子轨道图；能够用分子轨道理论解释O2、N2、F2、等简单分子，将阶层分子轨道能级顺序与分子轨道对应。

4、通过计算用休克尔原理解释苯和氯苯的电子态。

三、实验步骤1. 利用GaussView建模打开GaussView软件，执行File-New-Create ModGroup(Ctrl N)打开一个新的窗口，点击File下面的6C按钮，出现元素中期表，点击O，选择下面的中间双键O，在打开的新的窗口中点击两次，第二此点击没有O的双键末端，就建立成O2分子的模型。

2. Gaussian 计算打开Gaussian窗口从路径找到保存O2-3.gjf和O2-1.gjf文件分别计算。

3.结果分析(1) out或log文件(2）GaussView分析(3) 点开下面Surfaces Available：选择要显示的分子轨道，然后通过Surface Actions-show Surface，调整位置，保存图形为bmp格式，然后通过Surface Actions-hide surface 隐藏显示轨道，选择下一个分子轨道保存。

4．同样的方法计算N2，F2、CO、苯和氯苯。

分析苯的休克尔分子轨道及相应的轨道类型。

实验数据：1．O2单重态价电子组态：∗)2(σ2s)2(σ2s∗)2(π2px)2(σ2pz)2(π2py)2(π2px计算结果：%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\O2.chk# hf/6-31+g(d,p) geom=connectivityTitle Card Required0 1O -1.32731959 0.41237113 0.00000000O -2.48891959 0.41237113 0.000000001 2 2.02分子轨道图：(σ2s )2(σ2s ∗)2(π2px )2 (σ2pz )2O 2三重态 价电子组态：(σ2s )2(σ2s ∗)2(σ2pz )2(π2px )2(π2py )2(π2px ∗)1(π2py ∗)1计算结果：%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\O 2.chk # hf/6-31+g(d,p) geom=connectivity Title Card Required 0 3O -1.32731959 0.41237113 0.00000000 O -2.48891959 0.41237113 0.00000000 1 2 2.0 2分子轨道图：(σ2s )1 (σ2s ∗)1 (σ2pz )1 (σ2px )1(π2px ∗)2 (π2py ∗)0(π2pz ∗)0(σ2py )2(σ2py )1 (π2px ∗)0 (π2py ∗)0 (π2pz ∗)02. N 2 价电子组态：(1σg )2(1σu )2(1πux )2(1πuy )2(2σg )2计算结果：%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\N2.chk # hf/3-21+g* geom=connectivity Title Card Required 0 1N 1.79123711 0.12886598 0.00000000 N 0.69923711 0.12886598 0.000000001 2 3.0 2分子轨道图：(1σg )2 (1σu )2 (2πux )2 (2πuy )2(2σug )2(1πgx )0(1πgy )0 (1σu )03．F2 价电子组态：(σ2s )2(σ2s ∗)2(π2px )2(π2py )2(σ2pz )2(π2px ∗)2(π2py ∗)2计算结果：%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\F2.chk# hf/3-21+g* geom=connectivity Title Card Required 0 1F 0.57989691 0.12886598 0.00000000 F -0.58010309 0.12886598 0.00000000 1 2 1.0 2分子轨道图：(σ2s )2 (σ2s ∗)2 (σ2px )2 (σ2py )2(σ2pz )2 (π2px ∗)2 (π2py ∗)2 (π2pz ∗)04．CO 价电子组态：(1σ)2(2σ)2(1πx )2(1πy )2(3σg )2 计算结果：%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\CO.chk # hf/3-21+g* geom=connectivity Title Card Required 0 1O 1.40463917 0.02577320 0.00000000 C 0.14623917 0.02577320 0.00000000 1 2 2.0 2∗)0(2σ)2(1πx)2(1πy)2 (π2pz(3σg)2(2πx)0(2πy)0(4σg)0 5．C6H6计算结果：%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\C6H6.chk# hf/3-21+g* geom=connectivityTitle Card Required0 1C 1.20809735 0.69749533 -0.00000000C 0.00000000 1.39499067 -0.00000000C -1.20809735 0.69749533 -0.00000000C -1.20809735 -0.69749533 -0.00000000C 0.00000000 -1.39499067 -0.00000000C 1.20809735 -0.69749533 -0.00000000H 2.16038781 1.24730049 -0.00000000H 0.00000000 2.49460097 -0.00000000H -2.16038781 1.24730049 -0.00000000H -2.16038781 -1.24730049 -0.00000000H 0.00000000 -2.49460097 -0.00000000H 2.16038781 -1.24730049 -0.000000001 2 1.5 6 1.5 7 1.02 3 1.5 8 1.03 4 1.5 9 1.04 5 1.5 10 1.05 6 1.5 11 1.06 12 1.0789101112分子轨道图：(π)2(π)2(π)2(π∗)0(π∗)0(π∗)0 5．C6H5Cl1计算结果：%chk=D:\struct chemic\g09w\shiyan DATA\C6H5Cl1.chk# hf/3-21+g* geom=connectivityTitle Card Required0 1C 0.00000000 -1.20807818 0.18421591C 0.00000000 -1.20795688 1.57937588C 0.00000000 0.00000000 2.27680899C -0.00000000 1.20795688 1.57937588C -0.00000000 1.20807818 0.18421591C 0.00000000 0.00000000 -0.51327110H 0.00000000 -2.16044308 -0.36546031H 0.00000000 -2.16042273 2.12896681H 0.00000000 0.00000000 3.37648907H -0.00000000 2.16042273 2.12896681H -0.00000000 2.16044308 -0.36546031Cl 0.00000000 0.00000000 -2.273271091 2 1.5 6 1.5 7 1.02 3 1.5 8 1.03 4 1.5 9 1.04 5 1.5 10 1.05 6 1.5 11 1.06 12 1.0789101112分子轨道图：(π)2(π)2(π)2(π)2(π∗)0(π∗)0(π∗)0四、思考题（1）通过计算苯的D6h和C1点群，分析群伦在化学中的应用？答：群论是数学的一个分支，然而把它的基本理论和方法跟物质结构的对称性结合起来，就能成为研究化学的一种有力工具。