پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2)

word 7 MB 31882 95
1392 کارشناسی ارشد مهندسی شیمی
قیمت قبل:۳۳,۸۰۰ تومان
قیمت با تخفیف: ۲۹,۲۰۰ تومان
دانلود فایل
  • بخشی از محتوا
  • وضعیت فهرست و منابع
  •  کارشناسی ارشد شیمی (گرایش شیمی­- فیزیک)

       چکیده

       در کار حاضر، به مطالعه تئوری ساختار های پایدار، انرژی­ های پیوند و نحوه برهم­ کنش در کلاستر های H2SO4…HNO…(H2O)n (n = 0-2) در سطح محاسباتی MP2/aug-cc-pVDZ پرداخته شد. حضور یک و دو مولکول H2O، بر هم­ کنش میان دو مولکول HNO و H2SO4 را تقویت نموده و این نشان دهنده نقش مثبت مولکول H2O در گرفتن و به دام انداختن مولکول HNO توسط ذرات معلق H2SO4 می­باشد. تئوری AIM به منظور نشان دادن مسیر برهم­کنش ­ها و دانسیته الکترونی نقاط بحرانی پیوند کلاستر­ها بکار برده شد و سپس به آنالیز برهم­کنش چند-جسمی پرداخته شد. انقباض طول پیوند و جابه­جایی آبی فرکانس کششی پیوند N-H، در نتیجه­ی تشکیل پیوند هیدروژنی اتفاق می­افتد. براساس آنالیز EDA نشان داده شده است که اثرات الکترواستاتیک و قطبش در انرژی پایداری کلاسترها سهم بیش­تری دارند.

     

       مقدمه

       یکی از پایه­­های فیزیک جدید مکانیک کوانتومی می­باشد. عبارت مکانیک کوانتومی اولین بار در سال 1924 توسط بورن مطرح شد [1]. مکانیک کوانتوم، توصیف صحیح از رفتار الکترون­ها می­باشد. از دیدگاه تئوری، در مکانیک کوانتومی هر خاصیت اتم منفرد یا مولکول دقیقا قابل پیش بینی می­باشد، اما عملا معادلات مکانیک کوانتومی برای هیچ سیستم شیمیایی به جز اتم هیدروژن به طور دقیق حل نشده است [2].

       شیمی کوانتومی دانش کاربرد مکانیک کوانتوم در مسائل مربوط به شیمی می­باشد. به عنوان مثال در زمینه شیمی فیزیک از مکانیک کوانتوم در موارد زیر استفاده می­شود :

    محاسبه خواص ترمودینامیکی گازها( مانند انتروپی، ظرفیت گرمایی)

    تفسیر طیف­های مولکولی، به منظور کمک به تعیین خواص مولکولی ( مانند طول، زوایای پیوندی و ممان­های دوقطبی)

    بررسی و محاسبه خواص حالت­های گذار در واکنش­های شیمیایی، به منظور تخمین ثابت سرعت [3].

       نگاهی به شیمی محاسباتی

       با گذشت زمان نیاز به علوم کامپیوتری در جهان بیش­تر می­شود. در زمینه علوم پایه، علوم کامپیوتری گام­های موثری برداشته و گواه این امر طراحی و تولید صدها نرم­افزار است، که با نرم افزارها، محاسبات راحت­تر انجام می­شود.

       شیمی محاسباتی[1] که به آن مدل سازی مولکولی[2] نیز می­گویند، تلاش می­نماید نتایج مرتبط با مسائل شیمیایی را با استفاده از کامپیوتر بدست آورد. سوال­هایی که به طور کلی به صورت محاسباتی مورد بررسی قرار می­گیرند، عبارتند از:

    ساختار مولکولی (Molecular geometry  )

    انرژی مولکول­ها وحالت­های گذار

    فعالیت­های شیمیایی (Chemistry reactivity)

    طیف­های  NMR, UV, IR

    برهم کنش­های یک ماده با آنزیم و خصوصیات فیزیکی مواد [1]. 

        1-  روش­های محاسباتی:

       در شیمی محاسباتی روش­ها به دو دسته تقسیم می­شوند:         

       1-­­­ روش­ مبتنی بر مکانیک مولکولی[3] MMM

       2-­ روش مبتنی بر ساختار الکترونی[4] ESM  

       در هر دو روش ذکر شده محاسبات پایه­ای یکسانی انجام می­گیرد:

       1-­ محاسبات انرژی برای یک ساختار مولکولی خاص

       2-­ انجام بهینه سازی ساختار هندسی که در کمینه سطح انرژی پتانسیل قرار می­گیرد.

       3-­ محاسبه بسامدهای ارتعاشی که در اثر حرکات درونی مولکول­ها پدید می­آید [4].

       1-1)­ روش­ مبتنی بر مکانیک مولکولی(MMM )   

       روش مکانیک مولکولی که به آن میدان نیروی تجربی  (EFF)نیز گفته می­شود از قوانین فیزیک کلاسیک برای پیش­بینی ساختار و خواص مولکول­ها استفاده می­نماید.

       روش­های مختلفی مبنی بر مکانیک مولکولی وجود دارد که هر یک با میدان نیروی خاص خود مشخص می­شوند. در این روش مولکول به صورت اتم­هایی که از طریق پیوند در کنار هم قرار گرفته­اند در نظر گرفته می­شود. مکانیک مولکولی، انرژی را به صورت تابعی از درجات آزادی هندسی مانند طول و زاویه­ی پیوند برحسب میدان نیرو توصیف می­نماید. مکانیک مولکولی محاسبات را بر مبنای برهم کنش­های بین هسته­ها انجام می­دهد. در ضمن تاثیرات الکترونی در میدان نیرو، طی بهینه­سازی لحاظ می­گردند. این تقریب محاسبات مکانیک مولکولی را از نظر کامپیوتری کم هزینه می­کند و به آنها اجازه می­دهد برای سیستم­های بزرگ نیز استفاده گردد.

      

     

         این روش نیز شامل محدودیت­هایی است، که مهم­ترین آنها عبارتند از:

       1-­ هر میدان نیرو تنها برای یک دسته از مولکول­های محدودی که در مورد آنها پارامترسازی صورت گرفته است، نتایج مطلوبی می­دهد و هیچ میدان نیرویی نمی­تواند برای همه­ی سیستم­های مولکولی مورد استفاده قرار گیرد.

       2- صرف نظر کردن از الکترون­ها در این روش، باعث شده است که این روش در مورد هر مسئله شیمیایی که در آن اثرات الکترونی مهم باشد، حرفی برای گفتن نداشته باشد [4].

       تعدادی از برنامه­هایی که در مکانیک مولکولی مورد استفاده قرار می­گیرد، عبارتند از:

    AMBER, CHARMM, CHEAT, CFF, GROMOS, MM1… MM4.

       برنامه­های مکانیک مولکولی MM2 و MM3 که توسط آلینجر[5] و همکارانش طراحی شده است، بسیار متداول می­باشند. در ضمن برنامه­های مکانیک مولکولی AMBER و CHRAMM برای بررسی پروتئین و نوکلئیک اسید ابداع شده است [5].

       1-2)­ روش مبتنی بر ساختار الکترونی (ESM)

       مکانیک کوانتومی، پایه محاسبه در روش ساختار الکترونی می­باشد. این واقعیت که الکترون­ها و ذرات میکروسکوپی دیگر علاوه بر رفتار ذره­ای، رفتار موجی از خود نشان می­دهند، حاکی از آن است که الکترون­ها از مکانیک کلاسیک پیروی نمی­کنند. مکانیکی که سیستم­های میکروسکوپی از آن پیروی می­نمایند، مکانیک کوانتومی نام دارد، زیرا از جنبه­های شاخص این مکانیک، کوانتیده شدن انرژی است.

       قوانین مکانیک کوانتومی توسط شرودینگر[6]، در سال 1926 کشف شده است. در مکانیک کوانتومی، حالت یک سیستم توسط یک تابع ریاضی Ψ (سای) به نام تابع موج تعیین می­شود [2].

       طبق یک اصل بنیادی در مکانیک کوانتومی، متناظر با هر کمیت فیزیکی (نظیر انرژی و اندازه حرکت) یک عملگر مکانیک کوانتوامی وجود دارد. هامیلتون[7] با وارد کردن تابع هامیلتونی برای سیستم، شکل دیگری از معادلات حرکت نیوتونی را ارائه نمود.

       عملگر هامیلتونی مکانیک کوانتومی به صورت زیر نمایش داده می­شود:

    Ĥ =  +                                                                              

       هامیلتونی، از دو بخش انرژی جنبشی  و پتانسیل  تشکیل شده است. مقادیر ممکن برای انرژی یک سیستم، ویژه مقادیر عملگر انرژی Ĥ هستند. با بکاربردن Ψ به عنوان ویژه تابع Ĥ، معادله به صورت زیر نوشته می­شود:

    ĤΨ( ) = EΨ­( )                                                                       

       رابطه بالا معادله مستقل از زمان شرودینگر است که در آن ( ) موقعیت فضایی ذره، Ĥ عملگر هامیلتونی، E مقدار انرژی ذره می­باشد [3].

       خواص دو قطبی مولکول در اصل با حل معادله شرودینگر برای مولکول قابل محاسبه است. عملگر هامیلتونی Ĥ برای یک مولکول به صورت زیر می­باشد:

    Ĥe = KN + Ke + VNN + VNe + Vee                                            

    Ke    و KN به ترتیب عملگرهای انرژی جنبشی برای الکترون­ها و هسته­ها هستند. VNN و VNe نیز به ترتیب، انرژی پتانسیل دافعه بین هسته­ها و انرژی پتانسیل جاذبه بین الکترون­ها وهسته­ها می­باشد. در نهایت، Vee، انرژی پتانسیل دافعه­های بین الکترون­ها است. با این عملگر هامیلتونی Ĥ، حل معادله شرودینگر فوق العاده دشوار می­باشد. برای حل این معادله نیاز به چند تقریب داریم، یکی از تقریب­ها، تقریب بورن- اپنهایمر می­باشد.

       تقریب بورن- اپنهایمر

       قسمت اساسی در حل معادله­ی شرودینگر تقریب بورن- اپنهایمر است. تقریبی که از رابطه بین حرکت هسته و الکترون صرف نظر می­نماید. تحت شرایط فیزیکی عادی، هسته­های سیستم­های مولکولی خیلی آهسته­تر از الکترون­ها حرکت می­نمایند. بنابراین منطقی به نظر می­رسد که این حرکت­ها را جدا کرده و انرژی الکترونی را برای موقعیت هسته­ای ثابت شده محاسبه کنیم.

       بر این اساس عبارت انرژی جنبشی هسته­ای مستقل از الکترونی در نظر گرفته می­شود و عبارت مربوط به انرژی پتانسیل جاذبه­ی بین الکترون و هسته حذف شده است. عبارت انرژی پتانسیل دافعه­ی بین هسته­ها خیلی ساده به مقدار ثابت برای یک ساختار هندسی داده شده تبدیل می­گردد.

       بنابراین عبارت الکترونی شرودینگر به صورت زیر می­باشد:

    (Hel + VN) Ψel (qi, qk) = Eel Ψel (qi, qk)                                      

      VN انرژی دافعه­ی بین هسته­ها است و qi مختصات الکترونی می­باشند که متغیرهای غیر وابسته هستند، اما مختصات هسته­ای)   (qkپارامتر­ها هستند. مقدار ویژه به دست آمده از حل معادله­ی شرودینگر انرژی الکترونی نام دارد. باید توجه شود که VN یک ثابت برای یک دسته از مختصات هسته­ای است (در واقع مختصات هسته­ای سیستمی که در دست مطالعه می­باشد). در حالت کلی این تقریب در اکثر موارد قابل استفاده می­باشد [6].

       البته حل دقیق این معادله تنها برای یک تعداد کمی از سیستم­های بسیار کوچک و ساده امکان پذیر است، لذا روش­های مبتنی بر ساختارهای الکترونی تقریب­های ریاضی متفاوتی را بکار می­گیرند. بر این اساس روش­های مبتنی بر ساختار الکترونی به سه گروه عمده طبقه بندی می­شوند:

       1-­ روش­های نیمه تجربی

       2-روش­های از آغازین

       3-­ روش­های تابعیت چگالی  

       قبل از اینکه به تشریح روش­های ذکر شده بپردازیم، در مورد استفاده از روش­های درست ریاضی و کاربرد تقریب­های مناسب برای حل معادله شرودینگر توضیحاتی باید ارائه دهیم. روش­های مختلفی برای این کار پیشنهاد شده­ است که همگی آنها تقریبا بر پایه یکی از دو تئوری تغییر یا اختلال می­باشند.

     

     

       Abstract

       In this thesis, the equilibrium structures, binding energies and the nature of the coupling interactions in H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2) clusters have been theoretically investigated at the MP2/aug-cc-pVDZ level. It was found that the insert of one or two water molecules can efficiently enhance the interactions between H2SO4 and HNO, pointing the positive role of water molecules in the uptake of the HNO via sulfuric acid aerosols. AIM theory was used in order to show the path of the interactions and electron density of bond critical points of clusters. Then many-body interaction energies have been done. A bond length contraction and a frequency blue shift of the N–H bond occur simultaneously as a result of hydrogen bond. Based on the energy decomposition analysis (EDA), it can be seen that the stabilities of the clusters are predicted to be attributable mainly to

    electrostatic and polarization­ effects.

  • فهرست:

    فصل اول: مقدمه و تئوری

    مقدمه. 2

    نگاهی به شیمی محاسباتی.. 2

    1-  روش­های محاسباتی.. 3

    1-1)  روش مبتنی بر مکانیک مولکولی(MMM ) 3

    1-2) روش مبتنی بر ساختار الکترونی (ESM) 4

    تقریب بورن- اپنهایمر. 5

    1- روش­های نیمه تجربی.. 6

    3- روش­های تابعیت چگالی.. 6

    الف- تئوری تغییر. 7

    ب- تئوری اختلال.. 8

    1-2-1)  روش نیمه تجربی (SEM) 8

    1-2-2) روش از آغازین.. 9

    1-2-2-1) تقریب هارتری.. 10

    1-2-2-2) تقریب هارتری- فاک... 11

    1-2-2-3) روش هارتری- فاک برای مولکول­ها 12

    1-2-2-4) هم­بستگی الکترونی.. 13

    1-2-2-4-2)برهم­کنش­های پیکربندی (CI) 16

    1-2-2-4-3) خوشه­های جفت شده  (CC) 17

    1-2-3) روش­های تابعیت چگالی ( DFT ) 17

    1-3) مجموعه­های پایه. 18

    1-3-2) اوربیتال­های گوسینی.. 19

    1-3-3) توابع قطبیده 20

    1-3-4) توابع پخشیده 21

    1-3-5) مجموعه پایه هم­بستگی سازگار 21

    1-3-6) خطای ناشی از برهم­نهی مجموعه پایه  BSSE.. 22

    1-4) تئوری اتم­ها در مولکول­ها 25

     

    فهرست­مطالب                                                                                                                   عنوان                                                                                                                صفحه

    فصل دوم: تئوری و مروری بر تحقیقات گذشته

    2-1) شیمی اتمسفر محاسباتی.. 29

    2-2) پیوند هیدروژنی.. 30

    2-3) جابه­جایی آبی و بررسی منشاء آن.. 31

    2-4) مروری بر مطالعات انجام شده 37

    فصل سوم: مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO…(H2O)n(n = 0-2)

    3-1) جزئیات محاسباتی.. 40

    3-2) نتایج و بحث محاسبات نظری.. 42

    3-2-1) کلاستر H2SO4…HNO... 42

    3-2-2) کلاسترهایH2SO4…HNO…H2O... 44

    3-2-3) کلاسترهای H2SO4…HNO…(H2O)2 49

    3-2-4) آنالیز فرکانس ارتعاشی.. 58

    3-2-5) آنالیز برهم­کنش چند-جسمی.. 60

    3-2-6) آنالیز انرژی برهم­کنش.... 63

    3-2-7) بحث و نتیجه­گیری.. 65

    منابع و مراجع.. 66

    پیوست

    چکیده به زبان انگلیسی

    عنوان به زبان انگلیسی

    منبع:

    ندارد


تحقیق در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), مقاله در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), پروپوزال در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), تز دکترا در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), مقالات دانشجویی درباره پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), پروژه درباره پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), گزارش سمینار در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2), رساله دکترا در مورد پایان نامه مطالعه تئوری برهم کنش در کلاستر های H2SO4...HNO...(H2O)n (n = 0-2)

چکيده معماري به عنوان يک حرفه علمي- هنري همواره پوشش دهنده بخشي از نيازهاي زيستي انسان بوده است . بعد از مدرنيته و وارد شدن به عصر صنعتي در ايران ساختمان هاي عمومي به ويژه بازارها که در مقياس شهري

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد «M.Sc» چکیده : نانو ساختار ها که با پیشگامی فولرن و نانو لوله های کربنی معرفی شده اند افق های تازه ای در حوزه های مختلف علم و فناوری گشودند که از جمله مهمترین آن ها بهره گیری نانوساختارها در علوم زیستی است.نانوساختارهای سیلیکون کربید از جمله نانوساختارهای هترواتم محسوب می شوندکه تا حدودی خاصیت یونی نیزپیدامی کنند.دراین پژوهش محاسبات ...

پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک-طراحی کاربردی چکیده در بسیاری از کاربردها گرافن (تک­لایه یا چندلایه) درون ماتریس پلیمری به صورت کامپوزیت مورد استفاده قرار می­گیرد. در این پژوهش گرافن ایده­آل با شکل پیوندی شش­ضلعی بین اتم­ها، واقع در ماتریس پلیمری، با شرایط مرزی مختلف شامل گیردار و ساده تحت بارگذاری فشاری خارجی دومحوره و بارگذاری حرارتی مورد بررسی قرار می­گیرد. این ...

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته‌ی شیمی گرایش معدن چکیده: در این بررسی اثر استخلاف آمیدی روی سطح اکسید گرافن مورد مطالعه قرار گرفت. دو آمین برای تغییر سطح تماس و میزان جذب انتخاب شد. از یک دی آمین خطی مثل اتیلن دی آمین[1] و آمین حلقوی 6-آمینو اوراسیل[2] با دو مشخصه متفاوت مورد ارزیابی واقع شدند. بعد از سنتز و شناسایی محصولات در حضور یون های فلزی مس، سرب و کادمیم در محیط آبی میزان ...

پایان نامه جهت اخذ درجه­ی کارشناسی ارشد در رشته شیمی آلی چکیده تحقیقات انجام یافته در این پایان نامه شامل دو بخش می باشد، بخش اول شامل سنتز تک ظرفی ترکیبات جدیداسپیرو با استفاده از 4و5و5 تری متیل 4و5-دی هیدرو پیرولو{1و2و3-hi}ایندول 1و2-دی اون با آمین های آروماتیک وکتون ها گزارش می شود. بخش دوم شامل سنتز مشتقات جدیدی از ترکیبات اسپیرو با استفاده از 5و6-دی هیدرو1H ...

پایان‌نامه تحصیلی جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته: شیمی گرایش: شیمی تجزیه چکیده در سال های اخیر، استفاده از نانولوله ها به عنوان نانو حامل های انتقال دارو مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق از نانولوله های کربنی CNT(5-5) و CNT(6-0) و BNNT(6-0) و BNNT(5-5) dopped Ga استفاده شده است. ابتدا نانولوله ها به‎وسیله نرم افزارهای Gauss View و Nanotube Modeler ترسیم شده و سپس ...

پایان­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد شیمی ­فیزیک چکیده در این تحقیق برای ارزیابی سطح انرژی پتانسیل بین­ مولکولی (IPS) سیستم F2-F2 به محاسبه­ ی ضریب دوم ویریال گاز فلوئور پرداخته­ شد. IPS­ها با استفاده از سطح نظری QCISD(T) و مجموعه پایه‌ی cc-pVTZ- augبه­دست آمده­اند. محاسبات در فاصله‌ی دمایی 100 تا 600 کلوین با استفاده از پتانسیل­های تصحیح‌نشده و تصحیح‌شده با روش تصحیح از ...

پايان­نامه تحصيلي جهت اخذ درجه کارشناسي ارشد  ) M.A  ( گرايش: مديريت منابع انساني زمستان  1391               چکيده : دانشگاه نظا

پایان نامه دوره کارشناسی ارشد در رشته شیمی گرایش شیمی­فیزیک چکیده در این پروژه ابتدا نانوکاتالیست پلاتین/کربن به وسیله‌ی کاهش شیمیایی نمک پلاتین با کاهنده شیمیایی سدیم بور هیدرید سنتز شد. ویژگی‌های ساختاری و مورفولوژی نانوکاتالیست سنتز شده با استفاده از طیف­سنجی پراکنش انرژی و میکروسکوپ روبش الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. فعالیت و پایداری نانوکاتالیست Pt/C در الکترواکسیداسیون ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد « M.S.c » گرایش: کاربردی چکیده: در سال های اخیر نانو ذرات نیمه رسانا با توجه به خواص الکتریکیو مکانیکی، که از اثرات محدود کوانتومی در مقایسه با مواد همتای آنها حاصل می شود، توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در میان نانو ذرات نیمه رسانا، نانو ذرات اکسید روی ZnO کارایی بالاتری دارند. برای دستیابی به فعالیت فتوکاتالیستی بالاتر، نافلز نیمه ...

ثبت سفارش