RHF/3-21Gレベルにおける水分子の構造最適化・振動解析

Gaussian 09を用いた水分子の構造最適化・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「H2O.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

H2O

0 1
H1
O2 1 R1
H3 2 R1 1 A1

R1=0.96
A1=104.5



H-O-H角の下は空行を2行必要とする。


これを Gaussian 09 で計算すると、以下の結果が得られた。

E(RHF) ： -75.58595976 a.u.
Point Group ： C₂v
O-H 結合距離 ： 0.96668 Å
H-O-H 結合角 ： 107.67868 °
全対称伸縮振動 ： 3812.10 cm^-1
全対称変角振動 ： 1799.37 cm^-1
逆対称伸縮振動 ： 3945.53 cm^-1

水分子は主軸 C₂ （2回転軸C₂） をもち、それを含む対称面σ_v をもっているのでC₂v 対称性となる。
文献値^*1によると、O-H 結合距離は 0.9578 Å、H-O-H 結合角は 104.478 °である。
文献値^*2によると、全対称伸縮振動は 3657 cm^-1 、全対称変角振動は 1595 cm^-1 、逆対称伸縮振動は 3756 cm^-1 である。

以下に、構造最適化された水分子と各振動のアニメーションを図示する。

図1 構造最適化された水分子

図2 水分子の全対称伸縮振動のアニメーション

図3 水分子の全対称変角振動のアニメーション

図4 水分子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).