[연세대 A+] 일반/공학 화학 및 실험 (1) 실험 7_분자오비탈과 VSEPR 이론

소개글

"[연세대 A+] 일반/공학 화학 및 실험 (1) 실험 7_분자오비탈과 VSEPR 이론"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 배경
1) 계산 화학이란?
2) Valence Shell Electron Pair Repulsion(VSEPR) Theory
3) 상자기성(paramagnetism)과 반자기성(diamagnetism)
4) 스핀 다중도(spin multiplicity)
5) 분자 오비탈 모델(Molecular-Orbital Model)

3. 실험 방법
1) GAMESS 실행
2) 실험 A) 여러 분자들의 구조 확인
3) 실험 B) 이원자 분자(Diatomic Molecule)의 에너지 준위 도표(Energy level diagram)와 자기성(magnetism)
4) 실험 C ) 분자 오비탈 모델(Molecular Orbital Model)을 통한 금속의 띠간격(Band gap) 차이를 확인

4. 실험 결과 및 고찰
1) 이원자 분자(Diatomic Molecule)의 에너지 준위 도표(Energy level diagram)와 자기성(magnetism) (1.5점)
2) 결과를 다음 표와 그림으로 정리하여라. N2 예시의 빈칸을 채워 넣고, O2는 N2와 같은 방식으로 작성한다. 에너지도 반드시 기입하도록 한다. (1점)
3) 분자 오비탈 모델(Molecular Orbital Model)을 통한 금속의 띠간격(Band gap)차이 확인(1.5 점)

5. 생각해 볼 사항
1) PCl5, SnCl3 - , XeF4 중심 원자의 공유 전자쌍 및 비공유 전자쌍을 세고, 분자의 구조를 예측하여 그리시오. (분자의 구조에는 구조의 명칭과 그림을 그릴 것) (1점)
2) N2와 O2의 계산 결과를 토대로 N2 2- 와 O2 2- 의 에너지 준위 도표 (energy level diagram)을 작성하고, N2 2- 와 O2 2- 의 자기성을 예측하시오. 그리고 N2, O2 분자의 에너지 준위가 다른 경향성을 나타내는 이유를 쓰시오. (1점)
3) 실험 C에서 계산한 Li2, Li4의 계산 결과를 바탕으로, 리튬 원자 여덟 개로 된 선형 사슬에 대하여 2s 오비탈이 만들어내는 분자 오비탈(Molecular Orbital) 도표를 만들고, 각각의 분자 오비탈에 생기는 마디(node)의 개수를 예측하라. (에너지 레벨을 표시하여 전자를 채워 넣고 대응하는 오비탈을 그려 넣을 것) (1점)
4) Li2, Li4의 HOMO-LUMO 에너지 띠간격 ( Energy band gap)의 추이를 간략한 그림으로 표현하고, Li8 이나 원자의 개수가 충분히 많은 금속에서는 어떻게 될 것인지 예측하시오.(1점)

6. EDISON 설문조사 참여 첨부

7. 참고문헌

8. 주의 및 참고사항
1) EDISON 사용
2) Wxmacmolplt 프로그램 관련
3) 레포트 작성 관련
4) 퇴실 시간 관련

본문내용

1. 실험 목적
양자 역학 계산을 통해 VSEPR(원자가껍질 전자쌍 반발, Valence Shell Electron Pair Repulsion) 이론으로 예측한 구조를 확인하고 이원자 분자(Diatomic Molecule)의 에너지준위(Energy level) 및 자기성(magnetism)을 확인하며 금속의 띠간격(Band gap)의 차이를 분자오비탈 모델(molecular orbital model)로 확인한다.

2. 실험 배경
가) 계산 화학이란?
계산화학 또는 컴퓨터 화학이라고 불리는 화학분야는 컴퓨터를 이용해 이론 계산을 하여 복잡한 화학적인 현상을 분자 수준에서 이해하고자 하는 학문이다. 계산화학 내에서도 다양한 함수를 기반으로 다양한 화학반응들을 유도하고 특정 물질의 구조와 특성을 수치로 파악한다.
계산화학에서 대표적으로 사용되는 분자 오비탈 이론(Molecular orbital theory)은 분자의 대략적인 구조나 각 원자의 위치만을 알 수 있는 기존의 VSEPR(Valence-shell electron-pairrepulsion)이론의 한계점을 보완한다.
한편 Erwin Schrödinger는 Schrödinger 방정식이라고 알려진 다음 식을 제안하였다.

참고 자료

Brown,『일반화학』, 자유아카데미, Pearson(2019), 14