تشکر و قدردانی
از سعی تو ای دل چه گشايد که دراين راه بی رهبـــرتوفيـــق ، همانا نتوان رفت
بی ياری دولت نتوان شدبه ره عشـــــق کاين باديه راهی است که تنها نتوان رفت
شکر و سپاس بیکران پروردگار یکتا را که هستیمان بخشید و خوشه چینی از طریق علم و معرفت را روزیمان ساخت. اکنون که به یاری و الطاف ایزد منان، گامی اندک در راه تحصیل دانش و معرفت برداشته شد و این پایان نامه به اتمام آمد؛
شایسته میدانم از استاد بزرگوارم جناب آقای دکتر محمدرضا نوربالا که که راهنمایی های ایشان در طول تحقیق هم چون فانوسی بوده است،که کشتی های سر گردان را به ساحل نجات می رساند. ، تشکر و قدردانی نمایم.
از استاد گرانقدر جناب آقای دکتر منصور نمازیان ، که جهت مشاوره و هدایت این پایان نامه دقت و عنایت خود را دریغ نفرمودند کمال سپاسگذاری را دارم.
و از اساتید گرانقدر: جناب آقای دکتر محمد کمالوند و آقای دکتر حسین محمدیمنش که مطالعه و داوری اين پاياننامه را تقبل نمودند، تشکر مینمايم
همچنین از تمامی دوستان خوبم که خاطرات دوران تحصیل با حضور شیرینشان رقم خورده است، سپاسگذارم و برایشان آرزوی موفقیت دارم.
چکیده
در این تحقیق برای ارزیابی سطح انرژی پتانسیل بینمولکولی (IPS) سیستم F2-F2 به محاسبهی ضریب دوم ویریال گاز فلوئور پرداخته شد. IPSها با استفاده از سطح نظری QCISD(T) و مجموعه پایه‌ی cc-pVTZ- augبهدست آمدهاند. محاسبات در فاصله‌ی دمایی 100 تا 600 کلوین با استفاده از پتانسیلهای تصحیحنشده و تصحیح‌شده با روش تصحیح از بالا به پایین (CP) انجام شد. علاوه بر این تأثیر فاکتور بولتزمن بر ضریب دوم ویریال نیز بررسی شد و مشاهده گردید که مقادیر بهدست آمده با درنظر گرفتن این فاکتور با مقادیر تجربی تفاوت کمتری دارد. اثر جسم سوم بر پتانسيل بينمولكولي يا به‌عبارت ديگر اعتبار و يا عدم اعتبار جمع‌پذيري جفت‌گونهی پتانسيل‌ها در سيستم F2-F2 نیز مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور منومر سوم فلوئور در سه جهت اصلی X،Y ، Z و جهتهای بین محوری XY، XZو YZ به مرکز سیستم F2-F2 نزدیک شد. از سطح نظری QCISD(T) به‌عنوان بالاترین سطح نظری محاسبات استفاده شد. تمام محاسبات با استفاده از Gaussian09 و در محیط Linux انجام گرفت. مشاهده شد که در فاصله 6 آنگسترمی از مرکز سیستم F2-F2 اثر گونهی سوم قابل چشمپوشی است.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مروری بر روشهای محاسباتی نظری 1
1-1) مقدمه 2
1-2) روشهای شیمی محاسباتی 3
1-2-1) روشهای مکانیک مولکولی 3
1-2-2) روش‌هاي مكانيك كوانتومی 5
1-2-2-1) روشهای از اساس 5
1-2-2-1-1) تقریب بورن- اپنهایمر 9
1-2-3) روشهای گوسین 10
1-2-4) روشهای وردشي 12
1-2-4-1) سيستم‌هاي پوسته باز و بسته 12
1-3) نظریه هارتري– فاك 13
1-3-1) معادله‌ی شرودينگر 15
1-4) مجموعه‌ی پايه 16
1-4-1) مجموعه‌هاي پايه حداقل 20
1-4-2) مجموعه‌هاي پايه ظرفيتي شکافته 21
1-4-3) مجموعه‌هاي پايه قطبيده 21
1-4-4) مجموعه‌هاي همبستگي- سازگار 22
1-4-6) خطای قطع مجموعه‌ی پایه 22
1-4-7) خطای برهم‌نهی مجموعه‌ی پایه 23
1-5) همبستگي الكتروني 24
1-5-1) روش برهم‌كنش پيكربندي 25
1-5-1-1) روش برهم‌كنش پيكربندي کامل 25
1-5-1-2) روش برهم‌كنش پيكربندي با برانگيختگي يگانه (CIS) 26
1-5-1-3) روش برهم‌كنش پيكربندي با برانگيختگي يگانه و دوگانه (CISD) 26
1-5-1-4) روش برهم‌كنش پيكربندي مربعي 27
1-5-1-5) روش برهم‌كنـش پيكـربنـدي درجه 2، با جـايگزينـي یگانه و دوگانه (QCISD) 27
1-5-2) روش خوشه‌های جفت‌شده 28
1-6) نظریه اختلال مولر- پلست 28
1-7) ساختار برنامه 30
1-8) نظریه‌ی تابعیت چگالی 31
1-9) پتانسیلهای بین مولکولی 33
1-9-1) پتانسيل برهم‌کنش برد بلند 34
1-9-2) پتانسيل برهم‌کنش برد کوتاه 35
1-10) ضريب دوم ويريال 35
1-10-1) منشاء معادله‌ی حالت ويريال 37
1-10-3) بررسی معادله‌ی حالت ويريال از طريق مكانيك آماري 42
1-10-4) توصیف كلاسيكي ضريب دوم ويريال 45
1-11) برهم‌کنش‌های چندذره‌ای و اثر گونهی سوم 48
1-12) دانستنی‌هایی درباره فلوئور 54
1-12-1) تاریخچهی فلوئور 55
1-12-2) کاربردهای فلوئور 55
1-12-3) خواص فيزيكي فلوئور 65
1-12-4) خواص شيميايي فلوئور 58
1-12-5) ترکیبات فلوئور 58
1-12-6) تأثیر فلوئور بر انسان، تغذیه و سلامتی 58
1-12-7) نحوه‌ی عمل فلوئور در بدن 60
1-12-8) منابع غذایی فلوئور 61
1-12-9) اثرات فلوئور بر محيط زيست 62
فصل دوم: محاسبه ضریب دوم ویریال گاز فلوئور با استفاده از روش QCISD(T)/Aug-
cc-pVTZ 63
2-1) مقدمه 64
2-2) تاریخچهی محاسباتی ضریب دوم ویریال 66
2-3) شیوه‌ی محاسباتی ضریب دوم ویریال برای مولکول گازی F2 75
2-4) نتیجه‌گیری 96
فصل سوم: بررسی اثر گونهی سوم سیستم F2-F2 با مجموعه پایه aug-cc-pVTZ درسطح نظری QCISD(T) 99
3-1) مقدمه 100
3-2) تاریخچه 102
3-3) بررسی اثر گونهی سوم بر پتانسیل بینمولکولی سیستم F2-F2 113
3-4) نتیجه‌گیری 129
مراجع 131
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول (1-1) خواص فيزيكي ف لوئور 57
جدول (2-1) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با پتانسیل تصحیح‌شده و تصحیحنشده در دامنه‌ی دمایی 100 تا 600 کلوین 80
جدول (2-2) بررسی اثر وزن آماری بر مقادیر ضریب دوم ویریال مولکول F2 با پتانسیلهای تصحیح‌شده در دامنه‌ی دمایی 100 تا 600 کلوین 81
جدول (2-3) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیح‌شده وتصحیحنشده
در دامنه‌ی دمایی 100 تا 600 کلوین برای θ2 برابر 0°،45° و 90° 82
جدول (2- 4) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیح‌شده دردامنهی دمایی 100 تا 600 کلوین و ϕ=0° و θ2 برابر 0°، 30°، 45°، 60°و 90° 83
جدول (2- 5) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیحنشده دردامنهی دمایی 100 تا 600 کلوین و ϕ=0° و θ2 برابر 0°، 30°، 45°، 60° و 90° 84
جدول (2- 6) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیح‌شده دردامنهی دمایی 100 تا 600 کلوین و ϕ=45° و θ2 برابر 0°، 30°، 45°، 60° و 90° 85
جدول (2- 7) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیحنشده دردامنهی
دمایی 100 تا 600 کلوین و ϕ=45° و θ2 برابر 0°، 30°، 45°، 60° و 90° 86
جدول (2-8) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیح‌شده دردامنهی
دمایی 100 تا 600 کلوین و ϕ = 60° و θ2 برابر 0°، 30°، 45°، 60° و 90° 87
جدول (2-9) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیحنشده دردامنهی
دمایی 100 تا 600 کلوین و =60° ϕ و θ2برابر 0°، 30°، 45°، 60°و 90° 88
جدول(2-10) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیح‌شده دردامنهی دمایی 100 تا 600 کلوین و ϕ=90° و θ2 برابر 0°، 30°، 45°، 60° و90° 89
جدول(2-11) ضریب دوم ویریال مولکولF2 با استفاده از پتانسیل تصحیحنشده دردامنهی
دمایی 100 تا 600 کلوین و ϕ=90° و θ2 برابر 0°، 30°، 45°، 60° و90° 90
جدول(2-12): ضريب دوم ويريال مولكول F2 با پتانسيل‌هاي تصحيح‌نشده و تصحيح‌شده در دامنه‌ی دمايي 100 تا 350 كلوين 91
جدول(2-13): تأثير فاكتور بولتزمن بر داده‌هاي ضريب دوم ويريال با استفاده ازپتانسيل‌هاي تصحيح‌شده 92
.جدول(2-14): ضريب دوم ويريال با استفاده از پتانسيل‌هاي تصحيح‌نشده وتصحيحشده براي زاويه‌ی برابر˚0، ˚45 و ˚90. 93
جدول(2-15): داده‌هاي ضريب دوم ويريال مولكول با مجموعهپايه با استفاده
از پتانسيل‌هاي تصحيح‌شده و تصحيح‌نشده در دامنه‌ی دمايي 100 تا 350 كلوين. 94
جدول(2-16): داده‌هاي ضريب دوم ويريال مولكول با مجموعهپايهی بااستفاده
از پتانسيل‌هاي تصحيح‌شده براي زاويه‌ی 2 برابر ˚0، ˚45 و ˚90 در دامنه دمايي
100 تا 350 كلوين. 95
جدول (3-1) آرایه‌ي Z مربوط به بهینه‌کردن سیستم F2-F2 115
جدول (3-2) خلاصه‌ای از کارهای تحقیقاتی انجامشده روی اثر جسم سوم سیستم F2-F2. 129
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل (2-1) نمايش هندسه‌ي عمومي سيستم F2-F2 مطالعهشده در اين تحقيق 76
شکل (2-2) ضریب دوم ویریال گاز فلوئوربر حسب دما با استفاده از پتانسیل
تصحیح‌شده و پتانسیل تصحیحنشده 80
(2-3) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با درنظر گرفتن وزن آماری و بدون درنظر گرفتن وزن آماری 81
شکل(2-4) ضریب دوم ویریال با استفاده از پتانسیل تصحیح‌شده و θ2 برابر 0°، 45 و
90° 82
شکل (2-5) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با استفاده از پتانسیل
تصحیح‌شده برای زاویهی مساوی 30°و θ2 برابر 0°، 30°،45°،60° و
90° 83
شکل (2-6) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با استفاده از پتانسیل
تصحیحنشده برای زاویهی مساوی 30°و θ2 برابر 0°،30° ،45° ،60° و
°90 84
شکل (2-7) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با پتانسیل تصحیح‌شده برای زاویهی مساوی 45°و θ2 برابر 0°،30° ،45° ،60° و °90 85
شکل (2-8) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با استفاده از پتانسیل
تصحیحنشده برای زاویهی مساوی 45°و θ2 برابر 0°،30° ،45° ، °60 و
°90 86
شکل (2-9) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با استفاده از پتانسیل
تصحیح‌شده برای زاویهی مساوی 60°و θ2 برابر 0°،30°،45° ، 60°و
90° 87
شکل (2-10) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با استفاده از پتانسیل تصحیحنشده برای زاویهی مساوی 60°و θ2 برابر 0°،30° ،45° ،60° و
90° 88
شکل (2-11) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با استفاده از پتانسیل
تصحیح‌شده برای زاویهی مساوی 90°و θ2 برابر ،0°، 30°،45° ،
60° و90° 89
شکل (2-12) ضریب دوم ویریال گاز فلوئور بر حسب دما با استفاده از پتانسیل تصحیحنشده برای زاویهی مساوی 90°و θ2 برابر0°،30°،45° ، 60°و
90° 90
شكل (2-13) ضريب دوم ويريال گاز فلوﺋور به‌عنوان تابعي از دمابا استفاده از
پتانسيل‌هاي تصحيح‌شده و تصحيح‌نشده. در سطح نظری MP2 91
شكل (2-14) ضريب دوم ويريال گاز فلوﺋور به‌عنوان تابعي از دما با در‌نظرگرفتن
وزن آماري و بدون وزن آماري بولتزمن در سطح نظری MP2 94
شكل (2-15) ضريب دوم ويريال گاز فلوﺋور به‌عنوان تابعي از دما براي زاويه 2θ
برابر˚0، ˚45 و ˚90 و ضريب دوم ويريال كلي تصحيح‌شده. در سطح
نظری MP2 93
شكل (2-16) ضريب دوم ويريال گاز فلوﺋور با مجموعهپايهی 6-31G* با استفاده از پتانسيل تصحيح‌نشده به‌عنوان تابعي از دما. 94
شكل (2-17) ضريب دوم ويريال گاز فلوﺋور به‌عنوان تابعي از دما با مجموعه پايه‌ی
6-31G* با استفاده از پتانسيل تصحيح‌شده براي زاويه 2 برابر˚0،
˚45 و ˚90 و ضريب دوم ويريال كلي تصحيح‌شده 95
شكل (3-1) هندسه‌ی مورد استفاده در بررسی اثر گونهی سوم براي نزديك شدن
منومر سوم در صفحه‌ی xy 116
شکل(3-2) انرژی مربوط به اثر گونهی سوم در جهات x، y و z برای نزدیک
شدن منومر سوم به سیستم F2-F2 بر حسب فاصله 118
شکل(3-3) انرژی مربوط به اثر گونهی سوم در جهت X برای
