分子振动 实验报告.docx
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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SchrÖdinger equation与The Born-Oppenheimer Approximation。
SchrÖdinger equation：
The Born-Oppenheimer Approximation：
4、双原子分子振动能量：
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
#pB3LYP/6-311++G（d,p）optfreq=ramanscfcon=8
H2O1
01
8-1.8719639520.000000000-1.555023918
1-1.8719639520.759337000-0.958980918
1-1.871963952-0.759337000-0.958980918
%mem=300mb
%chk=h2o.chk
#pB3LYP/Aug-cc-pvtZoptfreq=raman
geom=checkscfcon=8
H2O2
01
偶极矩
2.1261Debye
1.8009Debye
分子振动数据
Frenquency/cm-1
IRIntensity
RamanActivity
1602.6245
3817.5654
3922.6735
66.6701
9.2225
56.8450
7.2109
84.3826
37.8399
Frenquency/cm-1
IRIntensity
RamanActivity
1627.7999
3793.7594
3896.2089
75.6996
4.6376
62.8813
1.0287
101.3665
26.5273
实验数据为：
1595cm-1（弯曲振动）、3652cm-1（对称伸缩振动）、3756cm-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：
1595cm-1（弯曲振动）、3652cm-1（对称伸缩振动）、3756cm-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
#pB3LYP/6-311++G（d,p）optfreq=ramanscfcon=8
CO21
01
6-0.0832740930.463684822-0.791374542
80.4685652790.3368528130.231535737
8-0.6351134640.590516830-1.814284821
%mem=300mb
%chk=co2.chk
#pB3LYP/Aug-cc-pvtZoptfreq=raman
geom=checkscfcon=8
CO22
01
偶极矩
0.1248Debye
0.1250Debye
分子振动数据
Frenquency/cm-1
IRIntensity
RamanActivity
668.5937
668.5937
1372.9632
2420.0168
33.0521
33.0521
0.0000
711.6388
0.0000
0.0000
18.5214
0.0000
Frenquency/cm-1
IRIntensity
RamanActivity
673.9099
673.9099
1368.9600
2399.9968
30.2878
30.2878
0.0000
675.7513
0.0000
0.0000
21.1033
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：
667cm-1（面内、面外弯曲振动）、1388cm-1（对称伸缩振动）、2349cm-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
#pB3LYP/6-311++G（d,p）optfreqscfcon=8
C3H5Cl
01
6-0.7559658891.760448522-0.667954547
6-1.4941271961.6060008790.638264453
6-0.0178045821.9148961660.638264453
1-0.5694865990.869196359-1.259461547
1-0.9424451792.651700686-1.259461547
1-1.8090501690.6098388570.934018453
10.2971183912.9110581870.934018453
10.6700769701.1285538600.934018453
17-2.6154551892.8878315021.120378326
编号
Frenquency/cm-1
IRIntensity
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
320.1430
334.1346
621.7420
769.3583
816.3648
885.7990
951.6762
1052.8375
1075.3063
1092.4297
1114.4486
1187.4225
1229.1879
1314.8491
1459.7822
1494.6940
3126.8141
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
7.4711
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.（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
#pB3LYP/6-311++G（d,p）optfreqscfcon=8
C4H8O2
01
60.7186197811.5862909590.718266162
11.6021907810.9574334620.559240702
1-0.1649512190.9574334620.559240702
60.7186197812.1929506462.124687548
11.5952597812.8431468172.241472052
1-0.1580202192.8431468172.241472052
60.7186197811.1347740403.232080596
1-0.1649512190.4898828293.162322624
11.6021907810.4898828293.162322624
10.7186197811.5926020114.226773787
60.7186197812.676761470-0.369150072
80.7186197813.873113566-0.155658887
80.7186197812.172894325-1.630087560
10.7186197812.944790893-2.219781863
Frenquency/cm-1
IRIntensity
20.9313
85.9264
175.5308
243.0342
342.3404
449.1285
519.7131
634.8900
648.4299
750.5434
864.2790
885.5424
930.0720
1047.3245
1107.0080
1127.2694
1158.7906
1253.0941
1287.4551
1327.1192
1350.4909
1412.4626
1414.5587
1459.1821
1492.1936
1500.4397
1508.8353
1811.8318
3018.6195
3026.5559
3042.7938
3048.8957
3065.4573
3089.2619
3090.2888
3759.8378
0.1243
0.1913
1.9836
0.0852
2.9801
13.9486
30.1497
26.4532
86.6981
14.1731
7.6654
1.8437
10.1972
6.5960
115.2928
1.6243
199.2601
0.1913
1.3498
0.0014
30.1600
5.0219
45.2498
15.6074
2.9025
8.3256
8.3555
313.2888
27.1407
5.6983
21.4447
2.3788
0.9446
59.5544
36.8216
62.5429
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1811.8318cm-1、C-H伸缩振动范围为3018.6195–3090.2888cm-1。
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