A Brief Introduction to Quantum Chemistry Piti Treesukol

A Brief Introduction to Quantum Chemistry Piti Treesukol 1

Computational Chemistry? Computational chemistry is a branch of chemistry that uses computers to assist in solving chemical problems. It uses the results of theoretical chemistry, incorporated into efficient computer programs, to calculate the structures and properties of molecules and solids. While its results normally complement the information obtained by chemical experiments, it can in some cases predict hitherto unobserved chemical phenomena. It is widely used in the design of new drugs and materials. 2

Schrödinger's Equation Erwin Schrödinger เสนอสมการทใชในการหาฟงกชนคลน § Time-dependent Schrödinger Equation § Time-independent Schrödinger Equation Kinetic Energy Operator § Hamiltonian Operator Potential Energy Operator § E คอพลงงานของระบบ คำตอบทไดจากการแกสมการ คอฟงกชนคลน ( ) Schrödinger 11

Linear Combination of Atomic Orbital (LCAO) ฟงกชนคลนของโมเลกลสามารถเขยนไดในรปของ ผลบวกเชงเสนของฟงกชนพนฐาน (basis functions( orbital coefficients ฟงกชนพนฐาน (basis functions( § Slater-type orbitals (STOs) : ถกตอง § Gaussian-type orbitals (GTOs) : สะดวก § Contracted GTO (CGTOs or STO-n. G) : ถกตองและสะดวก 22

Roothann-Hall Equation เมอใช LCAO-MO กบสมการ Schrödinger จะไดสมการ Roothann-Hall § สมการ Roothann-Hall สามารถเขยนในรปสมการ matrix 2 -electron integral • • : the energy of a single electron in the field of the bare nuclei : the density matrix; § สมการ Roothann-Hall เปนแบบ non-linear และสามารถแกโดยใชการประมาณ Self-consistent Field 24

Optimization Procedure Specify Initial Structure (R) Guess Wave Function SCF Adjust (R, r) Determine E(R, r) Calculate E/ Specify New Structure Minimum E(R, r)? Calculate E/ R Minimum E(R)? 27

Density Functionals เทอม และ สามารถประมาณไดจากฟงกชนนลแบบตาง § Local exchange functional (uniform electron gas) ๆ § Beck 88 exchange functional § Gradient-corrected correlation functional Hybrid Method § B 3 LYP 31

Applications of Computational Chemistry 33

Information from Quantum Calculation Molecular Properties § โครงสราง (ความยาวพนธะ มมพนธะ ฯลฯ( § ความหนาแนนอเลกตรอน และ dipole moment § พลงงาน เอนทาลป Spectroscopy Properties § IR, NMR, UV spectra More rigorous Information § ระดบพลงงาน § ออรบทล Reaction Energy Thermodynamics & Kinetics properties 35

Natural Bond Orbitals (NBO) Electrostatic Potential Map Occupd. Pt-ON bonding Occupd. Pt-H bonding Unoccupd. Pt-H antibonding Unoccpd. Pt-ON antibonding 36