主族元素AB4型含氧酸根的成键分析——推荐一个研究型计算化学实验

doi:10.3866/PKU.DXHX202108101

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所属专题：化学实验教学和管理

主族元素AB₄型含氧酸根的成键分析——推荐一个研究型计算化学实验

许文华, 李安阳(), 岳可芬

西北大学化学与材料科学学院, 化学国家级实验教学示范中心(西北大学), 西安 710127

收稿日期:2021-08-31 录用日期:2021-10-19 发布日期:2021-11-19
通讯作者: 李安阳 E-mail:liay@nwu.edu.cn
作者简介:李安阳, Email: liay@nwu.edu.cn
基金资助:
教育部高等学校化学类专业教学指导委员会教学研究与实践项目(H20210602);教育部高等学校化学类专业教学指导委员会教学研究与实践项目(H20210603);西北大学教学研究与成果培育项目(JX18117)

Bonding Analysis of AB₄-Type Oxyacid Negative Ions of Main Group Elements: A Recommendation of a Research-Oriented Computational Chemistry Experiment

Wenhua Xu, Anyang Li(), Kefen Yue

National Demonstration Center for Experimental Chemistry Education(Northwest University), College of Chemistry and Materials Science, Northwest University, Xi'an 710127, China

Received:2021-08-31 Accepted:2021-10-19 Published:2021-11-19
Contact: Anyang Li E-mail:liay@nwu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

介绍了一个面向高年级本科生的研究型计算化学实验。主族元素AB₄型含氧酸根是无机和结构化学理论课程中讨论化学键类型的例子，然而其结果却存在争议。本实验利用常用量子化学软件，通过计算化学方法分析化学成键，验证猜测，并得出结论。旨在通过本实验，锻炼学生对量子化学计算方法的运用，进而加深对化学基础知识的理解。

关键词: 分子轨道理论, 化学键, 计算化学实验

Abstract:

A research-oriented computational chemistry experiment for senior undergraduates is presented. The AB₄-type oxyacid negative ions of the main group elements are examples of the types of chemical bonding discussed in theoretical courses of inorganic and structural chemistry, yet the results are controversial. In this experiment, we use common quantum chemistry software to analyze chemical bonding, verify assumptions, and draw conclusions by computational chemistry methods. Through this experiment, students will practice the use of quantum chemical calculations and thus deepen their understanding of basic chemical knowledge.

Key words: Molecular orbital theory, Chemical bond, Computational chemistry experiment

许文华, 李安阳, 岳可芬. 主族元素AB₄型含氧酸根的成键分析——推荐一个研究型计算化学实验[J]. 大学化学, 2022, 37(2): 2108101.

Wenhua Xu, Anyang Li, Kefen Yue. Bonding Analysis of AB₄-Type Oxyacid Negative Ions of Main Group Elements: A Recommendation of a Research-Oriented Computational Chemistry Experiment[J]. University Chemistry, 2022, 37(2): 2108101.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202108101

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2022/V37/I2/2108101

图/表 6

表1

表2

图1

图2

图3

图4

参考文献 15

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输入文件				说明
%mem=500mb				指定分配给该计算作业的内存大小
%chk=so4.chk				保存计算的中间文件
#p opt freq b3lyp/6-31G(d)				计算的类型和采用的方法
SO4[2?]				对计算作业的说明
?2 1				分子的电荷和自旋多重度
S	0.00000000	0.00000000	0.00000000	所有原子的笛卡尔坐标
O	0.00000000	0.00000000	1.49444762
O	?0.00000000	?1.40897873	?0.49814921
O	?1.22021137	0.70448936	?0.49814921
O	1.22021137	0.70448936	?0.49814921

性质	数据	说明
S—O的键长	152 pm	实验参考值为149 pm
S—O的键级	1.09	基于NAO轨道的Wiberg键级
S—O σ成键轨道的组成	32 (25/73/2) + 68 (24/76)	百分比表示，格式：S (3s/3p/3d) + O (2s/2p)
sp类型的孤对电子轨道	100 (76/24)	百分比表示，格式：O (2s/2p)
p类型的孤对电子轨道	100 (0/100)	百分比表示，格式：O (2s/2p)
S—O σ^*反键轨道	68 (25/73/2) + 32 (24/76)	百分比表示，格式：S (3s/3p/3d) + O (2s/2p)
基于NBO的二价微扰能	52–70 kJ?mol^?1	O的LP-p轨道和S—O的σ^*反键轨道的相互作用

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主族元素AB₄型含氧酸根的成键分析——推荐一个研究型计算化学实验

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