PRÁCTICA #4

ULTRAVIOLETA. PÁRTICULA EN UNA CAJA

Resumen.

El espectro Ultravioleta y Visible de las moléculas está asociado a transiciones electrónicas entre los diferentes niveles energéticos en ciertos grupos o átomos de la molécula y no caracterizan a la molécula como entidad. En contraste la absorción de energía en la región Infrarroja estimulan la molécula completa y causa cambios vibracionales y rotacionales en esta lo cual caracteriza la entidad estructural de dicha molécula. Los grupos de átomos que dan origen a la absorción en el UV cercano o UV de cuarzo, se conocen como grupos cromóforos. La mayoría de los grupos insaturados y heteroatómicos que tienen pares de electrones no compartidos, son cromóforos potenciales y estos grupos son la base de la elucidación de grupos estructurales en las moléculas activas en el UV cercano.

Metodología.

A partir del programa Gaussian, que es el programa que hemos estado utilizando realizamos los siguiente:

I. Dibujar nuestra molécula.II. Optimizar con HF-3.21G.III. Calculamos la energía con dos métodos: ZINDO y CIS.IV. Calcular la E con HOMO LUMO. (La separación y la longitud de onda).V. Comprobamos las longitudes de onda obtenidas con las experimentales.

En el siguien punto explicamos a detalle cada paso.

Resultados.

Se dibujó en Gaussian, la molécula de 1,3,5-hexatrieno y se optimizó para minimizar la energía y obtener un valor de longitud adecuado de la molécula:

CalculationsOptimizationMétodo HF 3-12G

Abrir el archivo.log y guardar como HEXATRIENOOPTIMIZADO.gjf

Ahora enviar el cálculo de energía con el método ZINDO y palomeando las opciones: Solve for more states y State of interest. Enviar el cálculo

CalculationsEnergyZINDO

Al abrir los resultados e ir a la opción UV-VIS, se obtiene el siguiente espectro:

La longitud de onda para la energía de excitación se encuentra a 267 nm.

Ahora en el view file:

Excitation energies and oscillator strengths: Excited State 1: Singlet-A' 4.6625 eV 265.92 nm f=1.2695 <S**2>=0.000 16 -> 17 0.69467

Se observa que la longitud de onda para el estado de excitación 1 es de: 265.92 nm, lo cual concuerda con el espectro de UV-vis que se muestra en la página anterior.

La energía de excitación electrónica es de 4.6625 eV.

Al observar las energías de los orbitales, se tiene que:

El estado 16 es el orbital HOMO y este tiene una energía de -0.30022 Hartrees

El estado 17 es el orbital LUMO y este tiene una energía de: -0.00301 Hartrees

Por lo tanto la Energía de la transición es de: [-0.00301+ (-0.30022)] Hartrees

∆E = 0.29721 Hartrees CONVERTIR A eV Y COMPARAR CON 4.6625 eV

La longitud de la molécula de 1,3,5-hexatrieno es de: 7.1456 Angstroms de la suma de distancia de todos los enlaces.

AHORA LO MISMO PARA EL MÉTODO CIS

De la molécula de 1,3,5-hexatrieno optimizada hacemos el cálculo

CalculationsEnergyCIS 3-21G

Ahora enviar el cálculo de energía con el método CIS 3-21G y palomeando las opciones: Solve for more states y State of interest. Enviar el cálculo

Una vez finalizado el cálculo al abrir el archivo .log y en UV-VIS se obtiene el siguiente espectro

La longitud de onda de la excitación electrónica se haya a 202 nm

En el View File:

Excitation energies and oscillator strengths: Excited State 1: Singlet-A' 6.1493 eV 201.62 nm f=1.7954 <S**2>=0.000 21 -> 24 0.10951 22 -> 23 0.68614

La longitud de onda en el view file es de 201.62 nm lo cual concuerda con el espectro. Sin embargo en este cálculo se observan dos transiciones electrónicas que son las más importantes 2124 y 2223. Al observar los orbitales de esta molécula se observa que la transición más importante es de 2223:

La energía del orbital HOMO es de: -0.29654 Hartrees y la del orbital LUMO es de: 0.10193 Hartrees

Por lo tanto el ΔE = 0.39847 Hartrees, convertir a eV y comparar con 6.1493 eV y a partir de esta energía obtener la longitud de onda E=hc/λ (esa energía transformada a eV ahora se tiene que transoformar a Joules/mol entonces *NO OLVIDEN USAR EL NÚMERO DE AVOGADRO

Abrir el archivo HEXATRIENOOPTCIS.chk:

Se observan las imágenes de los orbitales

HOMO, n3 2 nodos (orbital 22)

LUMO, n4 3 nodos (orbital 23)

n2 1 nodo (orbital 21)

n1 0 nodos (orbital 20)

Ahora se obtendrá la información para la molécula 1,3,5,7-octatetraeno.

Se optimizó la molécula con el método HF 3-21G

Método ZINDO

Se presenta el siguiente espectro para la energía de excitación electrónica:

La longitud de onda es de 300 nm

Del view file obtenemos la siguiente información:

Excitation energies and oscillator strengths: Excited State 1: Singlet-A' 4.1283 eV 300.33 nm f=1.6331 <S**2>=0.000 21 -> 22 0.69239 This state for optimization and/or second-order correction. Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

El diagrama de (orbitales) niveles de energía presenta al orbital HOMO (21) que tiene una energía de -0.28558 y el LUMO de -0.01398 Hartrees:

El ΔE = 0.2716 Hartrees convertir a electronvolt y comparar con 4.1283 eV que se muestra en el view file. A partir de esta energía transformar a Joules/mol (*No olvidar usar número de Avogadro) y obtener una longitud de onda con la ecuación E=hc/longitud de onda y comparar con 300.33 nm.

Método CIS 3-21G

El máximo de longitud de onda se encuentra a 227 nm

Excitation energies and oscillator strengths: Excited State 1: Singlet-A' 5.4632 eV 226.94 nm f=2.3483 <S**2>=0.000 28 -> 31 -0.13856 29 -> 30 0.68147 This state for optimization and/or second-order correction. Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

La energía del HOMO (29) es de: -0.27918 Hartrees y la energía del orbital LUMO (30) es de: 0.08370 Hartrees

Por lo tanto ΔE = 0.36288 Hartrees, convertir a electrovolt y comparar con 5.4632 eV del View-file. Convertir esta energía a Joules/mol y obtener la longitud de onda con la ecuación E=hc/longitud de onda

A continuación se muestran figuras de los orbitales

HOMO (29)

LUMO (30)

Orbital (28)

Orbital (27)