일반화학실험 | 계산 화학 실습

 

 

 

계산화학이란 무엇이며, 어떠한 과정을 거쳐 진행되는지에 대한 이해를목표로 한다. 계산화학은 컴퓨터의 계산 능력을 빌려 복잡한 (실제에 가까운) 계를 기술하고자하는 화학 분야를 말하는데 여러 분야로 나뉜다. 그 중 가장 큰 수요가 있는 분야는 분자 동력학(molecular dynamics) 분야와 양자화학(quantum chemistry)이다.

 

분자 동력학에서는 주로 뉴턴 역학을 기반으로 하여 얻어진 운동방정식의 해를 얻어내는데, 궤적으로부터 단백질 등의 큰계가 움직이는 양상이나 열역학 정보 등을 구한다. 양자화학 분야에서는 안정한 분자나 반응 중간체, 전이 상태 등의 구조를 알아내거나, 계산을 통해 얻어진 파동함수(wave function)로부터 여러 정보를 알아낸다. 여기에서는 “양자화학 분야”를 중심으로 실습하게 될 것이다.

 

 

Hartree-Fock 방법을 이용하는 GAMESS(General Atomic and Molecular Electronic Structure System)프로그램과 Avogadro프로그램, Chemworks프로그램, 계산결과를 그림으로 나타내어 주는 MacMolPit 프로그램을 사용하여 H₂O, H₂S 한 분자의 구조를 최적화 시켜보고, 두 분자가 존재할 때에는 어떻게 되는지 살펴본다. 또한, 참고로 n-butane의 trans 및 cis 형, 메탄(CH₄)의 see-saw형 및 pyramid형에 대한 결합길이도 알아보았다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) H₂O와 H₂S구조의 최적화. 이 과제의 주 목적은 분자가 왜 그러한 구조를 갖추게 되었는지를 분석하는 것이다. (VSEPR 등이 도움이 될 것이다.)

 

2) 벤젠(C₆H₆)의 구조를 최적화한 뒤 벤젠의 vibrational mode 관찰이 과제에서는 벤젠의 분자 구조에 대해 미리 알고 있어야 한다. 어느 정도 비슷한 구조에서 구조 최적화를 시작해야 올바른 구조를 얻을 수 있기 때문이다.

 

Gamess 프로그램을 실행한 화면

 

3) 참고로 n-butane의 trans 및 cis 형, 메탄(CH₄)의 see-saw형 및 pyramid형에 대한 결합길이도 알아보자

 

 

 

[일반화학실험]계산 화학 실습 레포트