RHF/3-21Gレベルにおける二酸化炭素の構造最適化・振動解析

Gaussian 09を用いた二酸化炭素の構造最適化・および構造解析の計算について記述する。

まず、Gaussian 09 インプットファイル名は「CO2.gjf」とした。 モデル化学をRHF、基底関数を3-21Gとし、構造最適化と振動解析計算を実行した。分子座標はZ-matrixで記述した。

インプットファイルは TeraPad で編集した。以下に Gaussian 09 インプットを示す。


# RHF 3-21G opt freq

CO2

0 1
O1
C2 1 R1
X3 2 R2 1 A1
O4 2 R1 3 A1 1 A2

R1=1.4
R2=1.0
A1=90.0
A2=180.0



二面体角A2(D1でもよい)の下は空行を2行必要とする。Xはダミー原子である。


これを Gaussian 09 で計算すると、以下の結果が得られた。

E(RHF) ： -186.56125750 a.u.
Point Group ： D_∞h
C-O 結合距離 ： 1.15574 Å
全対称伸縮振動 ： 1427.6897 cm^-1
縮重変角振動 ： 658.9646 cm^-1
逆対称伸縮振動 ： 2463.6484 cm^-1

二酸化炭素は直線分子であり、C_∞ 回転軸に直交するC₂ 軸があるので D_∞h 対称性となる。
文献値^*1によると、C-O 結合距離は 1.1600 Åである。
文献値^*2によると、全対称伸縮振動は 1333 cm^-1、縮重変角振動は 667 cm^-1、逆対称伸縮振動は 2349 cm^-1である。

以下に、構造最適化された二酸化炭素と各振動のアニメーションを図示する。

図1 構造最適化された二酸化炭素

図2 二酸化炭素の全対称伸縮振動のアニメーション

図3 二酸化炭素の縮重変角振動のアニメーション

図4 二酸化炭素の逆対称伸縮振動のアニメーション

引用文献
*1 日本化学会編, 改訂4版 化学便覧 基礎編, 丸善, II-653 (1993).
*2 日本化学会編, 改訂4版 化学便覧 基礎編, 丸善, II-582 (1993).