Transcript Traccia dell`Esperienza 1

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Chimica Inorganica e Laboratorio
Esperienza n. 1: Calcolo degli orbitali molecolari
A.A. 2016/2017
1. Generalità
L’esperienza consiste nel disegno, nell’ottimizzazione di geometria e nella visualizzazione degli orbitali molecolari di
molecole semplici bi- o poliatomiche. L’esperienza utilizza i pacchetti software commerciali GaussView 5 e Gaussian
09. GaussView è un programma di interfaccia grafica a Gaussian 09.
Avvertenza: il grassetto indica il nome di un’applicazione o comando. Il testo in font courier indica un comando da
digitare. Il corsivo indica un’opzione.
2 Svolgimento
2.1 Connessione
I calcoli saranno eseguiti su un server remoto attraverso un computer client con sistema operativo (SO) Windows. È
quindi necessario collegarsi dal client al server. Il programma putty è un emulatore di terminale che permette di
connettersi ad un server Unix da un computer dotato di SO Microsoft Windows XP/Vista/7/8/10.
Accendere il computer ed attendere il caricamento del SO. Effettuare il login con l’utente CompChem. Avviare il
programma xming e quindi putty. Procedere come segue:
a) nella casella Host Name, indicare il nome del server (marca2.unica.it).
b) nel riquadro a sinistra (Category), cliccare su X11, e abilitare (cliccare) Enable X11 forwarding.
c) nello stesso riquadro (Category), cliccare su Tunnels e abilitare (cliccare) Local ports accept ...
d) cliccare sul pulsante Open (in basso).
e) nella finestra di terminale inserire login e password
f)
È possibile vedere la versione del SO remoto con il comando lsb_release -a.
g) Verificare i funzionamento del client X11, digitando xclock. Il programma remoto può essere interrotto sia
chiudendo la finestra locale, sia digitando la sequenza CTRL+C (^C) nella finestra di terminale.
h) Il simbolo ‘&’ alla fine del comando fornisce il comando per eseguire un programma in background. Digitare
xclock &. Notare che il prompt (cursore) è nuovamente disponibile anche se xclock è in esecuzione.
i)
È possibile verificare quanti e quali programmi sono in esecuzione con il comando ps. Digitare ps x.
Nell’output su schermo alla sinistra di ‘xclock’ compare un numero che indica univocamente il processo in
esecuzione (PID: Process IDentifier).
j)
Si può interrompere il programma in esecuzione, il cui PID è stato trovato al punto precedente, con il comando
kill seguito dal PID (Es. kill 45059).
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2.2 Avvio di GaussView
Dalla finestra di terminale, effettuato il login, creare la propria area di lavoro digitando mkdir <nome>, dove
<nome> indica il nome che si vuole attribuire (es.: mkdir marco). Spostarsi nella propria area di lavoro, digitando
cd <nome> (es. cd marco). Avviare GaussView digitando gview. Comparirà sullo schermo del proprio client la
finestra del programma.
2.3 Disegno della molecola
Dal menu View attivare la finestra del builder, che serve a visualizzare gli strumenti per la creazione della molecola. È
possibile inserire nuovi atomi, collegarli fra loro e definire i parametri metrici. Disegnata la molecola nella finestra del
builder, azionare il comando clean. Verrà effettuata una pre-ottimizzazione a livello semi-empirico. Verificare che la
geometria sia quella attesa per la molecola oggetto del calcolo.
2.4 Ottimizzazione della geometria
Dal menu Calculate, attivare Gaussian Calculation Setup. Applicare i seguenti comandi:

tab Job Type:
selezionare Geometry Optimization

tab Method:
Ground State – DFT – Default Spin
Verificare che carica e molteplicità di spin siano corrette
In Basis Set selezionare cc-pVDZ.
Avviare il calcolo premendo il pulsante Submit e salvare il calcolo con un nome appropriato. Attendere la fine del
calcolo. GaussView chiederà quale file aprire. Selezionare il file che termina con log.
Apparirà una nuova finestra contenente la molecola nella geometria finale. Utilizzando gli strumenti di GaussView
misurare le distanze e gli angoli di legame ottimizzati e trascriverli sul proprio quaderno.
2.5 Visualizzazione degli orbitali
Nella finestra principale premere il pulsante rappresentante un orbitale (MO Editor). Nell’editor, tab New MO, premere
il pulsante Load per caricare la matrice Hessiana dei coefficienti degli orbitali.
Nel tab Visualize premere Update e quindi selezionare uno per volta gli orbitali e prendere nota della loro forma e degli
autovalori corrispondenti (espressi in Hartree). Se la visualizzazione non è soddisfacente, provare a modificare il valore
di soglia (isovalue).
3. Parte sperimentale
Operando come descritto al punto 2, svolgere i calcoli per:
1) gli atomi isolati neutri (ad es. C, N, H, ecc.)
2) le molecole: CO, CN–, O2, H2O, NH3, O3.
3) creare un diagramma di correlazione quantitativo con un foglio di calcolo (Appendice A)*
*
Si veda il tutorial all’indirizzo http://people.unica.it/massimilianoarca/lang/it/didattica/corsi/tutorial-come-realizzareun-diagramma-di-orbitali-molecolari/
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Si noti che è possibile seguire questo approccio sia per molecole biatomiche, sia per molecole poliatomiche
ottimizzando la molecola e calcolando le SALC degli atomi periferici alla posizione determinata dalla geometria
ottimizzata.
Confrontare i risultati ottenuti con quanto previsto sulla base della teoria qualitativa degli orbitali molecolari.
4. Elaborato finale
Al termine dell’esperienza, ogni studente presenti stampato o invii in formato elettronico un grafico relativo all’orbitale
molecolare di una molecola a piacere.
Appendice A: creazione di un diagramma di orbitali molecolari per una molecola X 2
Al termine del calcolo cercare gli autovalori degli orbitali atomici. Ricopiarli in un foglio di calcolo, ad esempio Calc
di Openoffice. Fare attenzione all’uso della virgola o del punto decimale. Ricopiare la colonna degli autovalori in
maniera da avere due colonne identiche affiancate. Svolgere il calcolo sulla molecola X 2, ottimizzandone la geometria.
Cercare gli autovalori e le rappresentazioni di simmetria degli orbitali molecolari alla geometria ottimizzata. In un file
di output di Gaussian queste informazioni sono elencate dopo “Optimization Complete”. Riportare nel foglio di calcolo
gli autovalori. Riportare gli autovalori degli MO sulla colonna a destra. Completare riportando nuovamente gli
autovalori degli AO. Evidenziare tutti i dati numerici ed utilizzarli per creare un grafico a linee (non come serie
impilate). In “Area dati” verificare che i dati delle serie siano riconosciuti come righe e non come colonne. Controllare
che il grafico abbia l’asse delle ordinate. L’asse delle ascisse e le griglie possono essere eliminate.
In ogni serie di dati eliminare la linea e lasciare un piccolo simbolo ad identificare la posizione dei dati. opiare il grafico
in un programma di presentazione (Impress di Openoffice o Microsoft Powerpoint).
Usando come base il grafico precedente tracciare le linee che indicano i livelli degli orbitali, l’asse delle ordinate e
congiungere gli orbitali atomici con gli orbitali molecolari con linee di diverso colore o diversamente tratteggiate.
Aggiungere infine le etichette di simmetria.