分子振动 实验报告.docx

1、分子振动 实验报告实验四 分子振动一、实验目的1、完成H2O分子、CO2分子、氯代环丙烷分子、正丁酸分子的计算，掌握红外光谱的吸收图的绘制和每个振动的模式的分子图；找出实验的数据进行对比。2、从理论上剖析振动光谱、简振模式，以及简振模式与振动光谱的对应关系。3、掌握红外光谱与Raman光谱的识别，掌握谱图中峰的辨认。二、实验原理1、用密度泛函的B3LYP方法，在含有弥散函数的Aug-cc-PVnZ(n=D,T,Q)基组水平上，对分子做对称性限制的优化。在优化构型的基础上，进行简振频率、IR强度、Raman活性和简振模式的计算。2、这是一个关于分子振动光谱的实验，涉及简振频率、红外光谱、拉曼光谱

2、以及简振模式的计算。主要分析讨论简振模式的振动方式与分类、简振模与振动光谱的对应关系等。振动分析的结果会给出分子的全部振动模式。分子中的各个原子被放在一个称为标准取向的笛卡尔直角坐标系中。各个原子的振动则在该点的一个平行子坐标系中给出其在各轴上的分量。Chemcraft程序则可以直接转换成矢量形式，并动态模拟各个模式的振动。其频率值和振动的红外和拉曼强度也同时给出。3、本实验依旧使用Schrdingerequation与TheBorn-OppenheimerApproximation。Schrdingerequation：TheBorn-OppenheimerApproximation：4、双

3、原子分子振动能量：当v=0时，能量最低，该能量也被称为零点能。三、实验内容1. H2O分子的计算（1）（2）命令输入%mem=300mb%chk=h2o.chk#p B3LYP/6-311+G(d,p) opt freq=ramanscfcon=8H2O 10 18 -1.871963952 0.000000000 -1.5550239181 -1.871963952 0.759337000 -0.9589809181 -1.871963952 -0.759337000-0.958980918%mem=300mb%chk=h2o.chk#p B3LYP/Aug-cc-pvtZ opt freq

4、=ramangeom=check scfcon=8H2O 20 1偶极矩2.1261 Debye1.8009 Debye分子振动数据Frenquency /cm-1IR IntensityRaman Activity1602.62453817.56543922.673566.67019.222556.84507.210984.382637.8399Frenquency /cm-1IR IntensityRaman Activity1627.7999 3793.7594 3896.2089 75.6996 4.6376 62.8813 1.0287 101.3665 26.5273 实验数据为：

5、1595 cm-1（弯曲振动）、3652 cm-1（对称伸缩振动）、3756 cm-1（不对称伸缩振动）振动模式（顺序与上表一致）弯曲振动对称伸缩振动不对称伸缩振动H2O分子红外光谱图：（1）（2）H2O分子拉曼光谱图：（1）（2）查得水分子振动的实验数据为：1595 cm-1（弯曲振动）、3652 cm-1（对称伸缩振动）、3756 cm-1（不对称伸缩振动），与两次计算结果都接近，但都有一定的差距。2. CO2分子的计算（1）（2）命令输入%mem=300mb%chk=co2.chk#p B3LYP/6-311+G(d,p) opt freq=ramanscfcon=8CO2 10 16

6、-0.083274093 0.463684822 -0.7913745428 0.468565279 0.336852813 0.2315357378 -0.635113464 0.590516830 -1.814284821%mem=300mb%chk=co2.chk#p B3LYP/Aug-cc-pvtZ opt freq=ramangeom=check scfcon=8CO2 20 1偶极矩0.1248 Debye0.1250Debye分子振动数据Frenquency /cm-1IR IntensityRaman Activity668.5937 668.5937 1372.9632 2

7、420.0168 33.0521 33.0521 0.0000711.6388 0.00000.000018.5214 0.0000Frenquency /cm-1IR IntensityRaman Activity673.9099 673.9099 1368.96002399.9968 30.2878 30.2878 0.0000675.7513 0.00000.000021.1033 0.0000振动模式（顺序与上表一致）面内弯曲振动面外弯曲振动对称伸缩振动不对称伸缩振动CO2分子红外光谱图：（1）（2）CO2分子拉曼光谱：（1）（2）实验数据为：667 cm-1（面内、面外弯曲振动）、1

8、388 cm-1（对称伸缩振动）、2349 cm-1（不对称伸缩振动）。与实验数据相比，两次计算得到的弯曲振动数据都较准确，但两次计算所得的伸缩振动数据仍与实验值有较明显的差距。3. 氯代环丙烷分子的计算命令输入分子振动数据%mem=300mb%chk=c3h5cl.chk#p B3LYP/6-311+G(d,p) opt freqscfcon=8C3H5Cl0 16 -0.755965889 1.760448522 -0.6679545476 -1.494127196 1.606000879 0.6382644536 -0.017804582 1.914896166 0.6382644531

9、 -0.569486599 0.869196359 -1.2594615471 -0.942445179 2.651700686 -1.2594615471 -1.809050169 0.609838857 0.9340184531 0.297118391 2.911058187 0.9340184531 0.670076970 1.128553860 0.93401845317 -2.615455189 2.887831502 1.120378326编号Frenquency /cm-1IR Intensity123456789101112131415161718192021320.14303

10、34.1346 621.7420769.3583 816.3648 885.7990951.6762 1052.8375 1075.3063 1092.4297 1114.4486 1187.4225 1229.1879 1314.8491 1459.7822 1494.69403126.8141 3129.5552 3187.1964 3209.4152 3222.856 1.8388 0.0243 25.2568 2.8781 10.0439 6.6279 8.3596 21.4357 2.2894 5.7919 0.6161 0.5049 0.2702 42.7046 5.0887 7.

11、4711 12.2972 3.6637 3.2984 0.4289 8.0560振动模式1. Cl-C-C键的对称弯曲振动2. Cl-C-C键的不对称弯曲振动3. Cl-C键伸缩振动4. (CH2)的对称面内摇摆振动5. (CH2)的不对称面外扭曲振动6. 环的对称呼吸振动7. 环的不对称呼吸振动8. (CH2)的对称面外摇摆振动9. (CH2)的不对称面外摇摆振动10. (CH2)的对称面外扭曲振动11. (CH2)的不对称面外扭曲振动12. (CH2)的不对称面内摇摆振动13. 环的对称呼吸振动14. 环的对称呼吸振动15. (CH2)的不对称剪式振动16. (CH2)的对称剪式振动17.

12、 (CH2)的不对称伸缩振动18. (CH2)的对称伸缩振动19. C-H伸缩振动20. (CH2)的不对称伸缩振动21. (CH2)的对称伸缩振动氯代环丙烷红外光谱吸收图:4. 正丁酸分子的计算命令输入分子振动数据%mem=300mb%chk=C4H8O2.chk#p B3LYP/6-311+G(d,p) opt freqscfcon=8C4H8O20 16 0.718619781 1.586290959 0.7182661621 1.602190781 0.957433462 0.5592407021 -0.164951219 0.957433462 0.5592407026 0.7186

13、19781 2.192950646 2.1246875481 1.595259781 2.843146817 2.2414720521 -0.158020219 2.843146817 2.2414720526 0.718619781 1.134774040 3.2320805961 -0.164951219 0.489882829 3.1623226241 1.602190781 0.489882829 3.1623226241 0.718619781 1.592602011 4.2267737876 0.718619781 2.676761470 -0.3691500728 0.71861

14、9781 3.873113566 -0.1556588878 0.718619781 2.172894325 -1.6300875601 0.718619781 2.944790893 -2.219781863Frenquency /cm-1IR Intensity20.9313 85.9264 175.5308243.0342342.3404449.1285519.7131634.8900648.4299750.5434864.2790885.5424930.07201047.32451107.00801127.26941158. 79061253.09411287.45511327.119

15、21350.49091412.46261414.55871459.18211492.19361500.43971508.83531811.83183018.61953026.55593042.79383048.89573065.45733089.26193090.28883759.83780.12430.19131.98360.08522.980113.948630.149726.453286.698114.17317.66541.843710.19726.5960115.29281.6243199.26010.19131.34980.001430.16005.021945.249815.60742.90258.32568.3555313.288827.14075.698321.44472.37880.944659.554436.821662.5429正丁酸红外光谱吸收图：通过在Chemcraft中的振动动画演示，可以找到：O-H的伸缩振动频率为3759. 8378cm-1、C=O的伸缩振动频率为1811.8318 cm-1、C-H伸缩振动范围为3018.61953090. 2888 cm-1。