有机化学分子建模_ 有机分子结构建模_22 分子的极性、电荷分布和静电势能图_

用几何画板绘制分子间相互作用力及分子势能几何画板（Geoboard）是一种可用于进行几何学教育的工具，广泛应用于中小学教育中。

它是由一个平面底板和垂直于底板的钉子组成的，带有一定间距的钉子形成了网格状的网格，可以通过在钉子之间连接线条来绘制几何图形。

本文将介绍如何使用几何画板绘制分子间相互作用力及分子势能。

1.分子间相互作用力相互作用力（intermolecular forces）是指分子之间的力，这些力在许多物理和化学现象中起着重要作用。

在分子之间存在四种主要相互作用力：范德华力、氢键、离子键和共价键。

范德华力是指非极性分子之间的相互作用力。

这些分子之间没有极性，因此没有氢键或离子键可供利用，但它们仍然可以相互吸引。

在几何画板上，可以通过使用橡皮筋模拟范德华力，将每个分子视为一个点，并在它们之间拉伸橡皮筋，以表示他们之间的相互作用。

氢键是水分子之间非常常见的相互作用力。

在氢键中，弱的电负性氢原子与带有强的电负性基团的分子之间形成了中间键。

在几何画板上，可以使用红色橡皮筋代表氢键，将相邻的氢原子和带有强电负性基团的原子之间连接起来，以呈现氢键的特征。

离子键是正离子和负离子之间的相互作用力，通过电荷吸引而成。

在几何画板上，可以使用蓝色橡皮筋代表离子键，将正离子和负离子之间的原子连接起来，以呈现离子键的特征。

共价键是两个或多个原子共享电子而形成的化学键。

在几何画板上，可以使用黑色橡皮筋代表共价键，将相邻的原子之间连接起来，以呈现共价键的特征。

2.分子势能分子势能（molecular potential energy）是分子之间势能的总和。

根据万有引力定律，所有分子之间都存在着相互作用力。

这些相互作用力会导致分子在拥有势能的平衡位置上进行振动。

在化学反应中，分子的势能是非常重要的，因为它可以确定反应物之间的反应能量和反应速率。

在几何画板上，可以使用高度调整钉子的位置和振动来呈现分子势能图。

在绘制分子势能图时，可以将几何画板视为坐标平面。

分子模拟实验报告
一、H-H-F共线结构势能面图的绘制
绘制H-H F线型分子，改变H-H和H-F间距离，在MP2/DZV理论水平计算单点能，将R H-H、R H-F 和能量输入Origin软件，绘制3D势能面图（图1）和势能面投影图（图2）。

图1 H-H-F共线结构的3D势能面图
图2 H-H-F共线结构的势能面投影图
二、乙烷分子内转动势垒计算
在Chem3d中画出NO分子，点击Surfaces-ChooseSurface-MolecularOrbital绘制分子轨道等值面图，通过SelectMolecularOrbital选择不同的分子轨道，截图如下。

LUMO+1 （163.115 eV）LUMO（-2.832 eV）
HOMO（-2.832 eV）HOMO-1 （-12.846 eV）
HOMO-2 （-21.326 eV）HOMO-3 （-21.326 eV）
HOMO-4 （-23.922 eV）HOMO-5 （-52.100 eV）
图3NO分子的八个分子轨道等值面图
按轨道的能量从低到高的顺序排列，使用Origin软件绘制NO的分子轨道能级图（图4）。

图3NO分子的分子轨道能级图
三、自我测评
本次实验继续练习了Chem3D中的扫描操作，学习了Origin软件中三维势能面图和势能面图的绘制和
Chem3D中分子轨道相关功能。