Рассуждения о расчётах в разных мультиплетностях

вопросы строения молекул и квантовой химии
Ответить
Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1144
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Рассуждения о расчётах в разных мультиплетностях

Сообщение Vit Nhoc » Сб мар 31, 2018 10:12 am

Я провожу на DFT (PBE, PBE0) расчёты кластера Ni4O4 и его комплекса с CO:
Ni4O4.JPG
Для обоих систем я брал мультиплетности 1, 3, 5, 7, 9, 11. Мультиплетности с 1 по 9 дают очень близкую энергию, а с 11 энергия становится резко выше (на 300 кДж/моль). Мне хочется в статье как-то красиво написать, чтобы интерпретировать этот результат. Подскажите, насколько адекватным будет смотреться такой текст:

Для обоих функционалов расчёт с мультиплетностью M11 находит даёт гораздо большую относительную энергию системы, чем остальные мультиплетности. Мы полагаем, это можно интерпретировать следующим образом. Известно, что свободный атом никеля имеет 2 неспаренных электрона на 3d оболочке и два неспаренных электрона на 4s оболочке. Можно предположить, что каждый атом кислорода, имея два неспаренных электрона на 2s оболочке, “забирает” два 4s электрона с каждого атома никеля, образуя таким образом ковалентную связь; после этого на каждом атоме никеля остаются два неспаренных 3d электрона, и в зависимости от мультиплетности, заданной в расчёте, эти электроны могут различным образом быть спаренными друг с другом. При мультиплетности 9 все 8 неспаренных электронов четырёх атомов никеля системы остаются в неспаренной форме, а мультиплетность 11 подразумевает, что должен происходить какой-то переход электронов на другие уровни (предположительно – с 3d на 4p), что невыгодно энергетически.
Такой же результат получился для комплекса Ni4O4..CO (см. ниже), поэтому расчёты частот приведены только для мультиплетностей от 1 до 9 (мультиплетность 11 не представляет интереса из-за её нестабильности). При этом следует отметить, что такое объяснение – скорее интерпретация или аналогия, а в действительности в изучаемой молекуле не существует атомных орбиталей на внешних оболочках, а существует только полная волновая функция системы, состоящая из молекулярных орбиталей.
И ещё фрагмент, который я хочу написать:
Как видно из таблицы, частоты данного колебания в разных мультиплетностях одной конформации различаются в пределах до 27 см-1, а в остальных случаях намного меньше. Это можно считать не очень большой разницей, и поэтому мы полагаем, что не всегда необходимо проводить расчёт всех возможных мультиплетностей для данной задачи (моделирование колебательного спектра). Возможно, для более сложных систем, когда необходимо проводить большое количество расчётов, целесообразно выбирать только одну мультиплетность, исходя из опыта и химической интуиции, и проводить расчёт частот колебаний только для неё. Также из полученных данных можно полагать, что неиспользование многодетерминантного подхода для данных задач не является критическим недостатком данной работы.
Насколько всё это будет смотреться корректно в статье?
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

Аватара пользователя
chaus
Сообщения: 3135
Зарегистрирован: Вт дек 24, 2013 2:37 pm

Re: Рассуждения о расчётах в разных мультиплетностях

Сообщение chaus » Сб мар 31, 2018 2:23 pm

Vit Nhoc писал(а):
Сб мар 31, 2018 10:12 am
атом кислорода, имея два неспаренных электрона на 2s оболочке
Это сильно :lol:
Vit Nhoc писал(а):
Сб мар 31, 2018 10:12 am
“забирает” два 4s электрона с каждого атома никеля, образуя таким образом ковалентную связь
Я бы убрал про забирает и с каждого, ибо все связи там будут выравнены, все электроны обобществлены, и вообще ставлю на то, что эта штука будет либо металлом либо очень узкощелевым полупроводником.
Что-то вроде "в образование связей Ni-O вовлекаются электроны, заселявшие атомные состояния O2p и Ni4s, значительно участие и Ni3d, а возможно, и Ni4p-состояний".
Ещё я бы дал ссылки на электронные спектры полиморфных структур NiO, которые наверняка есть в литературе, как теоретические, так и экспериментальные.
Vit Nhoc писал(а):
Сб мар 31, 2018 10:12 am
При мультиплетности 9 все 8 неспаренных электронов четырёх атомов никеля системы остаются в неспаренной форме, а мультиплетность 11 подразумевает, что должен происходить какой-то переход электронов на другие уровни (предположительно – с 3d на 4p), что невыгодно энергетически.
Я бы сказал, что моделирование состояний с различной мультиплетностью свидетельствует о приблизительно равной энергии и равной вероятности существования состояний с S от 1 до 9, а вариант S=11 явно энергетически невыгоден и физически не реализуется. Тем более такое расспаривание немыслимо в системе, содержащей лиганд сильного поля, каковым является CO.
Vit Nhoc писал(а):
Сб мар 31, 2018 10:12 am
При этом следует отметить, что такое объяснение – скорее интерпретация или аналогия, а в действительности в изучаемой молекуле не существует атомных орбиталей на внешних оболочках, а существует только полная волновая функция системы, состоящая из молекулярных орбиталей.
Ага, только молекулярных орбиталей тоже не существует :lol:

У этих соединений, могу сказать чётко, будет здоровенный горб в электронном спектре близко к уровню Ферми (примерно в области EB от 0 до 4-5 эВ), край горба налезет на уровень Ферми (именно поэтому металл или узкощелевой полупроводник). В этом горбе будет всё едино -- Ni4s, Ni4p, Ni3d, O2p. Про состояния O2s забудьте, они лежат при EB=20-25 эВ и никогда не участвуют в химсвязи с лёгкими элементами.

Волновая функция для такой системы имеет физический смысл только многоэлектронная. Использовать в современной физико-химической работе слова "оболочки", "орбитали" -- ИМХО, моветон. Состояния, уровни, зоны.
When you open your heart to patriotism, there is no room for prejudice.

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13063
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Рассуждения о расчётах в разных мультиплетностях

Сообщение Гесс » Сб мар 31, 2018 8:41 pm

chaus писал(а):
Сб мар 31, 2018 2:23 pm
Я бы сказал, что моделирование состояний с различной мультиплетностью свидетельствует о приблизительно равной энергии и равной вероятности существования состояний с S от 1 до 9
А если 5 модельных состояний с разной мультиплетностью имеют близкую энергию то очень вероятно что реальной состояние является и ужом и ежом и обезьяной. То есть мультиреференс. И щель ВЗМО-НСМО (для синглета) и ее SOMO аналоги для остальных состояний скорее всего очень мала. И посыл что мультиреференс тут не нужен я не понял.
chaus писал(а):
Сб мар 31, 2018 2:23 pm
Использовать в современной физико-химической работе слова "оболочки", "орбитали" -- ИМХО, моветон. Состояния, уровни, зоны.
Орбитали - нормальная современная терминология в квантах молекул. А TC считает молекулы (кластеры). Зоны - это из периодики. И оксид никеля я бы считал периодикой, но это мое мнение, с ним можно быть несогласным.
В грубой форме мое мнение выглядит как: подмена периодической структуры кластером в котором ни у одного атома нет окружения как в кристалле, а потом отказ от мультиреференса когда присутствует множнство квазивырожденных состояний - это какое то заколачивание гвоздей отверткой на основании того что отвертка есть. Надо или брать задачу под которую работают наличные инструменты или брать другие инструменты под имеющуюся задачу.

Аватара пользователя
chaus
Сообщения: 3135
Зарегистрирован: Вт дек 24, 2013 2:37 pm

Re: Рассуждения о расчётах в разных мультиплетностях

Сообщение chaus » Сб мар 31, 2018 9:04 pm

Гесс писал(а):
Сб мар 31, 2018 8:41 pm
А если 5 модельных состояний с разной мультиплетностью имеют близкую энергию то очень вероятно что реальной состояние является и ужом и ежом и обезьяной. То есть мультиреференс. И щель ВЗМО-НСМО (для синглета) и ее SOMO аналоги для остальных состояний скорее всего очень мала. И посыл что мультиреференс тут не нужен я не понял.
При наличии реального образца магнетохимия (включая зеемановское расщепление в электронных спектрах) многое прояснила бы. Вообще, низкотемпературный NiO -- антиферромагнетик, но это в компакте, а в нанокластерах -- х.з.
Гесс писал(а):
Сб мар 31, 2018 8:41 pm
chaus писал(а):
Сб мар 31, 2018 2:23 pm
Использовать в современной физико-химической работе слова "оболочки", "орбитали" -- ИМХО, моветон. Состояния, уровни, зоны.
Орбитали - нормальная современная терминология в квантах молекул. А TC считает молекулы (кластеры). Зоны - это из периодики.
Для молекул, где реально есть локализованные связывающие электронные состояния -- почему бы и нет. А для металла/полупроводника -- ??? К тому же с тем посылом, что вот атомных-то орбиталей физически нет, это абстракция, а молекулярные -- якобы физическая реальность. Я же по поводу такой системы апеллирую к многоэлектронному расчёту. Даже если считать вот такой вырванный из кристалла кусок.
Гесс писал(а):
Сб мар 31, 2018 8:41 pm
это какое то заколачивание гвоздей отверткой на основании того что отвертка есть.
Как мне говорил в детстве один старый кадровый рабочий: "Шуруп, забитый молотком, держит гораздо крепче, чем гвоздь, завёрнутый отвёрткой".
When you open your heart to patriotism, there is no room for prejudice.

Ответить

Вернуться в «квантовая химия и моделирование»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 25 гостей