Ćwiczenie nr 71

Obliczanie właściwości cząsteczek chemicznych z

wykorzystaniem programu ACD/CHEMSKETCH

Nr Grupy:

K

Data:

04.04.2014

Nr Zespołu:

2

Nr albumu: 193657
193674
193676

Ocena:

Do obliczenia właściwości cząsteczek chemicznych wykorzystywano program

ACD/ChemSketch. Program ten umożliwia wprowadzenie cząsteczki związku chemicznego
poprzez wyrysowanie jej struktury, a następnie obliczenie wartości takich jak:
· Masa cząsteczkowa
· Skład atomowy w %
· Polaryzowalność molowa
· Objętość molowa
· Współczynnik załamania światła dla l = 589 nm
· Gęstość
· Polaryzowalność cząsteczkowa

1. Pierwszym zadaniem jakie grupa miała do wykonania było OBLICZENIE WŁAŚCIWOŚCI

CZĄSTECZKI I AMORFICZNEJ POSTACI ZWIĄZKU DLA CZERWIENI ROZPROSZONEJ (DR1).

Związek chemiczny zwany czerwienią rozproszoną jest ważną cząsteczką organiczną należącą do

rodziny pochodnych azobenzenów. Rodzina ta wykazuje właściwości fotochromowe czyli zmianę
konformacji molekularnej pod wpływem światła – fotoizomeryzację typu trans-cis co przedstawia
Rys. 1.

Rys. 1 Wzór cząsteczkowy czerwieni rozproszonej i
jej dwa izomery konformacyjne (a) trans i (b) cis.

DR1 jest bardzo ważnym chromoforem stosowanym w optyce nieliniowej ze względu na
swój moment dipolowy μtrans = 7D i wysoką hiperpolaryzowalność molekularną β.

Cząstkę przedstawiono w dwóch konformacjach i obliczono dla nich wszystkie wielkości dostępne w
programie.

Konformacja CIS

Konformacja
TRANS

Wykorzystując podany moment dipolowy należało oszacować w temperaturze pokojowej

hipotetyczną wartość polaryzowalności orientacyjnej dla tego związku w postaci amorficznej.

Z otrzymanych wyników możemy stwierdzić, że konformacja nie ma wpływu na wielkość

refrakcji molowej, współczynnika załamania światła oraz polaryzowalności ( wartości te są takie same
pomimo różnych układów przestrzennych).

Wykorzystując podany w instrukcji moment dipolowy ( μ

trans

= 7D ) oszacowano hipotetyczną

wartość polaryzowalności orientacyjnej DR1 w temp. Pokojowej. Obliczona wartość (16,629 · 10

-22

cm

3

) jest o 2 rzędy większa od wartości doświadczalnej (34,71 · 10

-24

cm

3 )

. Możliwe jest, że wartość

doświadczalna odpowiada tylko wartości polaryzowalności elektronowej, bez uwzględnienia efektów
polaryzacji orientacyjnej (w polu o częstotliwości odpowiadającej światłu widzialnemu atomy
cząsteczki „nie nadążają” za szybkimi zmianami pola).

2. Drugim zadaniem było OBLICZENIE WŁAŚCIWOŚCI SZEREGU HOMOLOGICZNEGO

CZĄSTECZEK CIEKŁOKRYTSALICZNYCH.

Narysowano cząstki o podanych niżej strukturach i wyliczono dla nich właściwości miko i
makroskopowe w programie ACD/ChemSketch.

Rys. 2 Zestaw
cząsteczek
tworzących
mieszaninę
ciekłokrystaliczną o
nazwie E-7.

Nazwy nadano tylko tym związkom, które mają poniżej 50 atomów węgla (lub nie więcej niż 3
pierścienie węglowe) – wynika to z ograniczeń programu ChemSketch.

Zrobiono obliczenia dla powyższego szeregu homologicznego zwiększając ilość pierścieni
aromatycznych oraz długość łańcucha tak jak na powyższym rysunku. Otrzymane w programie
wyniki pokazane są poniżej:

3.

Kolejnym etapem doświadczenia było

OBLICZENIE WŁAŚCIWOŚCI SZEREGU HOMOLOGICZNEGO

CZĄSTECZEK. Jako podstawową cząstkę wybrano benzen i dodawano do niego kolejne
cząsteczki benzenu ( do momentu, gdy łańcuch zawierał 7 cząsteczek benzenu ). Wyniki
uzyskane w programie przedstawiono poniżej:

Na podstawie powyższych wyników przeanalizowano zmiany wartości polaryzowalności, współczynnika
załamania światła oraz refrakcji molowej w funkcji ilość atomów węgla w łańcuchu.

Na

podstawie powyższego wykresu można stwierdzić, że ze wzrostem ilości atomów węgla (ilości
elektronów w cząsteczce ) rośnie polaryzowalność cząsteczki. Uzasadnieniem jest samo pojęcie
polaryzowalności – wielkość polaryzowalności określa, jak duża jest odpowiedź tej cząsteczki na
zaburzenie wywołane przez zewnętrzne pole elektryczne (odpowiedź rośnie w miarę dodawania
kolejnych atomów do łańcucha).

Na wykresie zależności współczynnika załamania światła od ilości atomów węgla w łańcuchu zarejestrowano,
ze współczynnik rośnie logarytmicznie wraz ze wzrostem ilości atomów węgla.

10

20

30

40

50

60

70

6

11

16

21

26

31

36

41

P

ola

ry

zowal

n

ość

·

10

-24

[cm

3]

Ilość atomów węgla w łańcuchu

Wykres zależności polaryzowalności od ilości atomów węgla

1,48

1,5

1,52

1,54

1,56

1,58

1,6

1,62

1,64

1,66

6

11

16

21

26

31

36

41

Ws

p

ó

lc

zy

n

n

ik

załam

an

ia św

iatł

a

Ilość atomów węgla w łańcuchu

Wykres zależności wspólczynnika załamania światła od

ilości atomów węgla

Na podstawie powyższego wykresu można stwierdzić, że ze wzrostem ilości atomów węgla w cząsteczce rośnie
także wartość jej refrakcji molowej.

Obliczono także wartość refrakcji molowej dla trzeciego związku spośród powyższego szeregu na podstawie
udziału poszczególnych grup struktury w następujący sposób :

Stwierdzono dużą porównywalność uzyskanych wartości

refrakcji molowej, gdyż obliczona wynosiła 76,08 [ cm

3

], a doświadczalna 75,43 [cm

3

]. Potwierdza to,

ze dla ciekłych związków organicznych jest to wielkość addytywna, którą można przedstawić jako
sumę składowych poszczególnych atomów lub odpowiednich ugrupowań ( uwzględnienia się udziały
pochodzące od wiązań wielokrotnych czy też pierścieni węglowych). Na podstawie rozważań
teoretycznych (R jest związane z polaryzowalnością elektronową) i wyników doświadczalnych można
stwierdzić, że refrakcja molowa jest wielkością wysoce charakterystyczną dla danej substancji.

20

40

60

80

100

120

140

160

180

6

11

16

21

26

31

36

41

R

efra

kcj

a

m

o

lo

w

a

[cm

3

]

Ilość atomów węgla w łańcuchu

Wykres zależności refrakcji molowej od ilości atomów

węgla