Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.51 MB, 152 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
i
<b>ĐẠI HỌC HUẾ </b>
<b>TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC </b>
<b>NGUYỄN THÀNH ĐƢỢC </b>
<b>Chun ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý </b>
<b>Mã số: 944.01.19 </b>
<b>PGS.TS. PHẠM VĂN TẤT </b>
<b>PGS.TS. TRẦN DƢƠNG </b>
ii
<b>LỜI CAM ĐOAN </b>
Tôi xin cam đoan đây là nghiên cứu của riêng Tôi dưới sự hướng dẫn của
Luận án được thực hiện tại Trường Đại học Khoa Học – Đại học Huế.
Chưa từng có kết quả nghiên cứu tương tự được công bố dưới bất cứ hình
thức nào trước khi thực hiện luận án. Một phần kết quả của cơng trình này đã
được cơng bố trên: Tạp Chí Khoa học và Cơng nghệ - Viện Hàn Lâm Khoa
học và Cơng nghệ, Tạp chí Hóa học - Viện Hàn Lâm Khoa học và Cơng nghệ,
Tạp chí SmartScience, Tạp chí Đại học Huế, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ
- Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế.
Nghiên cứu sinh
iii
<b>LỜI CẢM ƠN </b>
Để hồn thành luận án trước hết Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
PGS.TS. Phạm Văn Tất- Trường Đại học Hoa Sen; PGS. TS. Trần Dương-
Trường Đại học Sư Phạm Huế đã giao đề tài, hướng dẫn trực tiếp và truyền
đạt những kinh nghiệm và kiến thức quý báu, tận tình chỉ dẫn, động viên và
tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ Tơi hồn thành luận án này.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TS. Trần Thái Hịa, PGS.TS.
Hồng Thái Long, PGS.TS. Đinh Quang Khiếu, PGS.TS. Nguyễn Thị Ái
Nhung, TS. Lê Thị Hòa - Khoa Hóa, Trường Đại học Khoa Học Huế. Các
Thầy Cô đã giúp đỡ, động viên trong suốt q trình Tơi học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Hóa, các Thầy Cơ trong
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và tất cả bạn bè đồng
nghiệp đặc biệt là anh TS. Nguyễn Tiến Dũng, chị Trần Thanh Nhung và em
Lê Văn Phi Long đã động viên, giúp đỡ cho tơi hồn thành luận án này.
Nghiên cứu sinh
iv
<b>MỤC LỤC </b>
<b>DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT... ix</b>
<b>DANH MỤC CÁC BẢNG ... x</b>
<b>DANH MỤC CÁC HÌNH ... xii</b>
<b>ĐẶT VẤN ĐỀ ... 1</b>
<b>Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ... 4</b>
<b>1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT LƢỢNG TỬ ... 4</b>
<b>1.1.1. Phƣơng pháp tƣơng quan electron ... 4</b>
<i>1.1.1.1. Phương pháp gần đúng Hartree-Fock (HF) ... 4</i>
<i>1.1.1.2. Phương pháp nhiễu loạn Möller-Plesset (MP) ... 6</i>
<i>1.1.1.3. Lý thuyết nhóm cặp (Coupled Cluster Theory) ... 7</i>
<b>1.1.2. Mơ hình COSMO ... 8</b>
<i>1.1.2.1. Lý thuyết mơ hình COSMO ... 8</i>
<i>1.1.2.2. Mật độ điện tích sigma ... 10</i>
<i>1.1.2.3. Tính tốn cân bằng lỏng-hơi ... 11</i>
<b>1.2. CÁC BỘ HÀM CƠ SỞ ... 12</b>
<b>1.3. CÁC HÀM THẾ TƢƠNG TÁC LIÊN PHÂN TỬ ... 13</b>
<b>1.3.1. Tƣơng tác tĩnh điện ... 13</b>
<b>1.3.2. Hàm thế tƣơng tác liên phân tử ... 13</b>
<i>1.3.2.1. Hàm thế Lennard – Jones ... 15</i>
<i>1.3.2.2. Hàm thế Morse ... 15</i>
<i>1.3.2.3. Hàm Damping ... 16</i>
<i>1.3.2.4. Hàm thế tương tác liên phân tử ... 17</i>
v
<b>1.4.1. Phƣơng trình trạng thái virial ... 17</b>
<b>1.4.2. Phƣơng trình trạng thái Peng – Robinson (PR-EOS) ... 18</b>
<b>1.4.3. Phƣơng trình trạng thái Deiters (D-EOS) ... 19</b>
<b>1.5. HỆ SỐ VIRIAL BẬC HAI ... 20</b>
<b>1.5.1. Hệ số virial cổ điển ... 20</b>
<b>1.5.2. Hệ số virial hiệu chỉnh lƣợng tử ... 20</b>
<b>1.6. MƠ PHỎNG TỒN CỤC GIBBS MONTE CARLO (GEMC) ... 21</b>
<b>1.6.1. Kỹ thuật mô phỏng GEMC ... 21</b>
<b>1.6.2. Phƣơng trình tính tốn tính chất nhiệt động ... 23</b>
<b>1.6.3. Ý nghĩa thực tiễn của cân bằng lỏng-hơi ... 24</b>
<b>1.7. PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH ... 25</b>
<b>1.8. MẠNG THẦN KINH NHÂN TẠO ... 26</b>
<b>1.8.1. Giới thiệu về mạng thần kinh nhân tạo... 26</b>
<b>1.8.2. Mơ hình mạng thần kinh nhân tạo ... 28</b>
<b>1.8.3. Các kiểu mơ hình mạng thần kinh nhân tạo ... 28</b>
<b>1.8.4. Luyện mạng ... 29</b>
<b>1.8.5. Ứng dụng mạng thần kinh nhân tạo ... 29</b>
<b>1.9. CÁC THUẬT TOÁN TỐI ƢU ... 30</b>
<b>1.9.1. Thuật toán Levenberg-Marquardt ... 30</b>
<b>1.9.2. Thuật toán di truyền ... 31</b>
<b>1.9.3. Thuật tốn tích phân ... 32</b>
<b>1.10. CÁC CÔNG THỨC ĐÁNH GIÁ SAI SỐ ... 32</b>
<b>Chƣơng 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 33</b>
vi
<b>2.2. CÁC DỮ KIỆN VÀ PHẦN MỀM ... 34</b>
<b>2.2.1. Dữ liệu ... 34</b>
<b>2.2.2. Phần mềm ... 34</b>
<i><b>2.3. TÍNH TOÁN NĂNG LƢỢNG AB INITIO ... 35</b></i>
<b>2.3.1. Xây dựng các cấu hình đime ... 35</b>
<i><b>2.3.2. Tính tốn năng lƣợng tƣơng tác ab initio ... 36</b></i>
<b>2.4. XÂY DỰNG CÁC HÀM THẾ TƢƠNG TÁC PHÂN TỬ ... 37</b>
<i><b>2.4.1. Xây dựng các hàm thế tƣơng tác ab initio ... 38</b></i>
<i><b>2.4.2. Xác định tham số các hàm thế ab initio ... 39</b></i>
<i><b>2.4.3. Đánh giá thống kê hàm thế ab initio ... 39</b></i>
<b>2.5. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ VIRIAL BẬC HAI ... 40</b>
<i><b>2.5.1. Xác định hệ số virial bậc hai từ hàm thế ab initio ... 41</b></i>
<b>2.5.2. Xác định hệ số virial bậc hai từ phƣơng trình trạng thái ... 41</b>
<b>2.5.3. Xác định hệ số virial bậc hai từ mạng thần kinh nhân tạo ... 41</b>
<b>2.6. THỰC HIỆN MÔ PHỎNG CÂN BẰNG LỎNG-HƠI ... 42</b>
<b>2.6.1. Thực hiện mơ phỏng ... 43</b>
<b>2.6.2. Tính tốn tính chất nhiệt động cân bằng lỏng – hơi ... 44</b>
<b>2.7. TÍNH TỐN THEO MƠ HÌNH COSMO ... 45</b>
<b>2.8. PHƢƠNG PHÁP PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ (DFT) ... 46</b>
<b>Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 46</b>
<b>3.1. XÂY DỰNG BỀ MẶT THẾ TƢƠNG TÁC ... 47</b>
<b>3.1.1. Bề mặt thế năng của Ar ... 47</b>
<b>3.1.2. Bề mặt thế năng của N<sub>2</sub></b> ... 48
vii
<b>3.1.4. Bề mặt thế năng của CO ... 53</b>
<b>3.2. XÂY DỰNG CÁC HÀM THẾ TƢƠNG TÁC ... 56</b>
<b>3.2.1. Hàm thế tƣơng tác của Ar ... 56</b>
<b>3.2.2. Hàm thế tƣơng tác của N<sub>2</sub></b> ... 58
<b>3.2.3. Hàm thế tƣơng tác của Cl2</b> ... 59
<b>3.2.4. Hàm thế tƣơng tác của CO ... 62</b>
<b>3.3. HỆ SỐ VIRIAL BẬC HAI ... 66</b>
<b>3.3.1. Xác định hệ số virial bậc hai từ hàm thế và phƣơng trình trạng thái . 66</b>
<i>3.3.1.1. Hệ số virial bậc hai của Ar ... 66</i>
<i>3.3.1.2. Hệ số virial bậc hai của N<sub>2</sub></i> ... 67
<i>3.3.1.3. Hệ số virial bậc hai của Cl<sub>2</sub></i> ... 68
<i>3.3.1.4. Hệ số virial bậc hai của CO ... 71</i>
<b>3.3.2. Xác định hệ số virial bậc hai từ mạng thần kinh nhân tạo ... 73</b>
<b>3.4. TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA CÁC CHẤT NGHIÊN CỨU ... 80</b>
<b>3.4.1. Mô phỏng GEMC ... 80</b>
<i>3.4.1.1. Tính chất cấu trúc chất lỏng ... 80</i>
<i>3.4.1.2. Giản đồ cân bằng lỏng – hơi ... 82</i>
<b>3.4.2. Mơ hình COSMO ... 89</b>
<i>3.4.2.1. Tính tốn cân bằng lỏng – hơi ... 89</i>
<i>3.4.2.2. Giản đồ cân bằng lỏng – hơi ... 92</i>
<b>3.5. THẢO LUẬN CÁC KẾT QUẢ ... 97</b>
<b>3.5.1. Về năng lƣợng tƣơng tác </b><i><b>ab initio</b></i> ... 97
<b>3.5.2. Về xây dựng hàm thế tƣơng tác </b><i><b>ab initio</b></i> ... 98
viii
<b>3.5.4. Về cân bằng lỏng-hơi ... 99</b>
<b>NHỮNG KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN ... 100</b>
<i><b>1. Về năng lượng tương tác </b><b>ab initio</b></i> ... 100
<i><b>2. Về hàm thế tương tác ab initio ... 100</b></i>
<i><b>3. Về tính hệ số virial bậc hai ... 100</b></i>
<i><b>4. Về cân bằng lỏng-hơi ... 101</b></i>
<i><b>5. Đánh giá chung ... 101</b></i>
<b>NHỮNG ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ... 103</b>
<b>CÁC CƠNG BỐ TRÊN TẠP CHÍ ... 104</b>
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 106</b>
ix
<b>DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT </b>
GEMC Gibbs Ensemble Monte Carlo Toàn cục Gibbs Monte
Carlo
COSMO Conductor-like Screening
Model Mơ hình sàng lọc vật dẫn
COSMO-SAC
Conductor-like Screening
Model Segment Activity
Coefficient
Hệ số hoạt độ phân đoạn
MP Möller-Plesset Möller-Plesset
CCSD Coupled Cluster Single Double Nhóm cặp đơn đơi
EOS Equation of State Phương trình trạng thái
PR-EOS Peng Robinson - Equation of
State
Phương trình trạng thái
Peng – Robinson
D-EOS Deiters - Equation of State Phương trình trạng thái
Deiters
ANN Artificial Neural Network Mạng thần kinh nhân tạo
RMSE Root Mean Square Error Căn bậc hai của sai số
bình phương trung bình
MARE Mean Average Relative Error Giá trị trung bình của
ARE,%
ARE Average Relative Error Giá trị tuyệt đối của sai
số tương đối
Cal Calculation Tính toán
Exp Experiment Thực nghiệm
x
<b>DANH MỤC CÁC BẢNG </b>
<i><b>Bảng 3.1. Năng lượng tương tác ab initio của Cl</b></i>2-Cl2 cho L và H được tính
<i>bằng bộ hàm cơ sở CCSD(T)/aug-cc-pVmZ ... 49 </i>
<i><b>Bảng 3.2. Năng lượng tương tác ab initio của Cl</b></i>2-Cl2 cho T và X được tính
<i>bằng bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pVmZ ... 51 </i>
<i><b>Bảng 3.3. Tối ưu hóa độ dài liên kết nitơ bằng các bộ hàm khác nhau ... 55 </b></i>
<i><b>Bảng 3.4. Tối ưu hóa độ dài liên kết CO bằng các bộ hàm khác nhau...55 </b></i>
<i><b>Bảng 3.5. Tối ưu hóa các tham số trong hàm thế (2.3) cho đime Ar-Ar ... 56 </b></i>
<i><b>Bảng 3.6. Tối ưu hóa các tham số của hàm thế (2.3) cho các tương tác </b></i>
của N2-N2 ... 58
<i><b>Bảng 3.7. Tối ưu hóa các tham số của hàm thế (2.4) cho các tương tác </b></i>
<i><b>Bảng 3.8. Các tham số tối ưu của hàm thế (2.4) cho các tương tác Cl</b></i>2-Cl2 ... 59
<i><b>Bảng 3.9. Các tham số tối ưu của hàm thế (2.5) cho các tương tác Cl</b></i>2-Cl2 ... 60
<i><b>Bảng 3.10. Tối ưu hóa các tham số hàm thế (2.3) cho CO-CO ... 62 </b></i>
<i><b>Bảng 3.11. Các tham số tối ưu của hàm thế (2.4) cho các tương tác của </b></i>
CO-CO ... 64
<i><b>Bảng 3.12. Hệ số virial bậc hai B</b></i>2(T) của Cl2 thu được từ hàm thế (2.4), (2.5),
D-EOS (1.34) và dữ liệu thực nghiệm ... 68
<i><b>Bảng 3.13. Dữ liệu ban đầu của các tính chất tới hạn P</b></i>c<i>, V</i>c<i>, T</i>c<i>, T</i>L<i> và T</i>U, và
<i>hệ số a, b và c ... 73 </i>
<i><b>Bảng 3.14. Ma trận tương quan giữa các tham số tới hạn P</b></i>c, Vc, Tc, TL, TU của
các hợp chất ... 74
xi
<i><b>Bảng 3.16. Kết quả hệ số tính tốn (Cal.) so với giá trị gốc từ thực nghiệm </b></i>
(Exp.). Các hệ số tính tốn từ mạng I(5)-HL(6)-O(3) được phục hồi trở lại
(Reco.) từ các giá trị logarit ... 78
<i><b>Bảng 3.17. Các giá trị nhiệt động của nitơ bằng GEMC-NVT sử dụng hàm </b></i>
thế (2.4) và dữ liệu thực nghiệm (TN) ... 83
<i><b>Bảng 3.18. Sai số MARE,% các giá trị nhiệt động của nitơ sử dụng hàm thế </b></i>
(2.4) cho mô phỏng GEMC-NVT ... 84
<i><b>Bảng 3.19. Các giá trị nhiệt động của nitơ sử dụng phương trình (1.32) và dữ </b></i>
liệu thực nghiệm (TN) ... 84
<i><b>Bảng 3.20. Sai số MARE,% các giá trị nhiệt động của nitơ sử dụng phương </b></i>
trình (1.32 ... 85
<i><b>Bảng 3.21.</b></i>Các giá trị nhiệt động của cacbon monoxit bằng GEMC-NVT sử
dụng hàm thế (2.4) và dữ liệu TN ... 86
<i><b>Bảng 3.22. Sai số MARE,% các giá trị nhiệt động của cacbon monoxit sử </b></i>
dụng hàm thế (2.4) cho mô phỏng GEMC-NVT ... 87
<i><b>Bảng 3.23. Các giá trị nhiệt động của cacbon monoxit sử dụng phương trình </b></i>
(1.32) và dữ liệu TN ... 87
<i><b>Bảng 3.24. Sai số MARE,% các giá trị nhiệt động của cacbon monoxit sử </b></i>
dụng phương trình (1.32) ... 88
<i><b>Bảng 3.25. Các tính chất tới hạn của nitơ và cacbon monoxit từ kết quả mô </b></i>
phỏng GEMC-NVT; hàm thế (2.3) và (2.4); phương trình (1.32) và Thực
nghiệm (TN) ... 88
<i><b>Bảng 3.26. Sai số ARE,% các giá trị nhiệt động của N</b></i>2 và CO ... 89
<i><b>Bảng 3.27. Hệ số virial bậc hai B</b></i>2(T) của CO-CO thu được từ hàm thế (2.4)
tính tốn ở mức lý thuyết CCSD(T)/aug-cc-pVQZ ... 91
xii
<b>DANH MỤC CÁC HÌNH </b>
<i><b>Hình 1.1. a) Mơ tả q trình solvat hóa lý tưởng; b) So sánh q trình solvat </b></i>
hóa lý tưởng Klamt và bình thường ... 9
<i><b>Hình 1.2. Sơ đồ hệ mơ tả mơ phỏng GEMC ... 22 </b></i>
<i><b>Hình 1.3. Các tiến trình diễn ra trong q trình mơ phỏng GEMC ... 23 </b></i>
<i><b>Hình 1.4. Bộ não người và cấu trúc của một nơron sinh học ... 27 </b></i>
<i><b>Hình 1.5. Mạng thần kinh nhân tạo ... 28 </b></i>
<i><b>Hình 2.1. Sơ đồ tiến trình cơng việc thực hiện ... 33 </b></i>
<i><b>Hình 2.2. Cấu hình các đime và bốn kiểu tương tác đặc biệt ... 36 </b></i>
<i><b>Hình 2.3. Sơ đồ xây dựng hàm thế tương tác phân tử...38 </b></i>
<i><b>Hình 2.4. Sơ đồ tính hệ số virial bậc hai B</b></i>2(T) ... 40
<i><b>Hình 2.5. Cấu trúc mạng thần kinh ANN- PCA I(5)-HL(6)-O(3) ... 42 </b></i>
<i><b>Hình 2.6. Sơ đồ mơ phỏng GEMC-NVT ... 43 </b></i>
<i><b>Hình 2.7. Sơ đồ mơ hình COSMO ... 45 </b></i>
<i><b>Hình 3.1. Bề mặt thế ab initio của đime Ar-Ar ... 47 </b></i>
<i><b>Hình 3.2. Bề mặt thế ab initio các cấu hình đặc biệt của đime N</b></i>2-N2 ... 48
<i><b>Hình 3.3. Bề mặt thế ab initio các cấu hình L và H của đime Cl</b></i>2-Cl2 ... 50
<i><b>Hình 3.4. Bề mặt thế ab initio các cấu hình T và X của đime Cl</b></i>2-Cl2. ... 52
<i><b>Hình 3.5. Bề mặt thế năng 15 cấu hình khác nhau của Cl</b></i>2-Cl2 ... 53
<i><b>Hình 3.6. Bề mặt thế ab initio các cấu hình đặc biệt của đime CO-CO ... 54 </b></i>
<i><b>Hình 3.7. Mối quan hệ tương quan của năng lượng ab initio với năng lượng </b></i>
khớp từ hàm thế (2.3) của Ar-Ar ... 57
<i><b>Hình 3.8. Tương quan giữa năng lượng ab initio và năng lượng khớp của clo </b></i>
theo a) hàm thế (2.4); b) hàm thế (2.5)... ... 61
xiii
<i><b>Hình 3.10. Tương quan năng lượng ab initio khớp và ab initio theo hàm thế </b></i>
(2.4) của CO-CO ... 65
<i><b>Hình 3.11. Hệ số virial bậc hai B</b></i>2(T) của argon ... 66
<i><b>Hình 3.12. Hệ số virial bậc hai của đime N</b></i>2-N2.. ... 67
<i><b>Hình 3.13. Hệ số virial bậc hai của hệ Cl</b></i>2 tính bằng phương trình (1.34) được
so sánh với các hàm thế (2.4)-(a), (2.5)-(b) và dữ liệu thực nghiệm ... 71
<i><b>Hình 3.14. Hệ số virial bậc hai của đime CO-CO ... 72 </b></i>
<i><b>Hình 3.15. Đồ thị sườn dốc lựa chọn (a) và đồ thị kép (b) có lợi để xác định </b></i>
số lượng thành phần chính thích hợp trong khơng gian con ... 75
<i><b>Hình 3.16. Hệ số virial bậc hai cho các chất khí a) argon; b) khí N</b></i>2; c) khí
CO; d) khí Cl2 ... 79
<i><b>Hình 3.17. Sự phụ thuộc của các hàm phân bố g(r</b></i>N-N) và g(rM-M) vào nhiệt độ
trong q trình mơ phỏng GEMC-NVT đối với N2 ... 81
<i><b>Hình 3.18. Sự phụ thuộc của các hàm phân bố g(r</b></i>C-C), g(rO-O), g(rC-O) và
<i>g(r</i>M-M) vào nhiệt độ trong quá trình mơ phỏng GEMC-NVT đối với CO ... 82
<i><b>Hình 3.19. Giản đồ cân bằng lỏng – hơi của nitơ ... 83 </b></i>
<i><b>Hình 3.20. Giản đồ cân bằng lỏng-hơi của cacbon monoxit ... 86 </b></i>
<i><b>Hình 3.21. Tương quan trên bề mặt điện tích </b></i>m với năng lượng ab initio....90
<i><b>Hình 3.22. a) Bề mặt điện tích và b) Áp suất hơi của hệ CO-CO xác định từ </b></i>
kết quả tính COSMO ... 92
<i><b>Hình 3.23. Các giá trị sigma của các phân tử đơn CO và Cl</b></i>2 xác định từ tính
tốn COSMO ... 93
<i><b>Hình 3.24. Giản đồ cân bằng lỏng-hơi P-x-y của hỗn hợp CO (1) và Cl</b></i>2 (2) ... 94
<i><b>Hình 3.25. Giản đồ x-y xây dựng từ hệ số hoạt độ ở điều kiện đẳng nhiệt ... 95 </b></i>
<i><b>Hình 3.26. Giản đồ cân bằng lỏng hơi T-x-y của hệ bậc hai CO (1)-Cl</b></i>2 (2) ... 96
1
<b>ĐẶT VẤN ĐỀ </b>
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo máy tính
cùng với sự ra đời của những thế hệ máy tính mới có tốc độ tính tốn cực
nhanh đã hỗ trợ cho các hướng nghiên cứu khoa học tính tốn, trong đó có
ngành mơ phỏng bằng máy tính. Từ các mơ hình của hệ thống thực chủ yếu
dưới dạng các phương trình, hệ phương trình tốn học, máy tính với khả năng
tính tốn nhanh và độ chính xác cao sẽ hỗ trợ cho việc giải các mơ hình này.
Các kết quả tính tốn này có thể so sánh với các kết quả thực nghiệm để rút ra
những kết luận về tính đúng đắn của mơ hình [2].
Phương pháp mơ phỏng tồn cục Gibbs Ensemble Monte Carlo
(GEMC) không giống như các phương pháp mơ phỏng chính xác khác ở chỗ
nó là một phương pháp mô phỏng ngẫu nhiên, phương pháp này khơng đi giải
phương trình tường minh mà đúng hơn là nhận các kết quả bằng mô phỏng
các hạt riêng lẻ và ghi lại các tham số của trạng thái trung bình của chúng.
Trạng thái trung bình của các hạt trong vật lý khi đó được rút ra từ trạng thái
trung bình của các hạt được mơ phỏng [59].
2
mơ phỏng tồn cục Monte Carlo cho neon, argon và nitơ năm 2000 và 2002
[51], [52] riêng Deiters đã nghiên cứu đưa ra một mođun chương trình để tính
tốn những tính chất nhiệt động cho hệ những chất lỏng năm 2000, Garrison
<i>vả Sandler nghiên cứu về việc dùng năng lượng tương tác ab initio để tính </i>
tốn chính xác những tính chất nhiệt động năm 2002 [80], William nghiên
cứu về khớp bề mặt năng lượng thế của hệ phản ứng qua giải thuật di truyền
năm 2005 [32], Wormer nghiên cứu về hệ số virial bậc hai cho những phân tử
không đối xứng cũng cùng trong năm 2005 [66].
Việc nghiên cứu tính tốn các tính chất nhiệt động của các hệ cân bằng
lỏng-hơi dựa trên kỹ thuật tính tốn hóa học lượng tử hiện đại kết hợp với mô
phỏng GEMC để tính ra các số liệu nhiệt động cho các chất có một ý nghĩa rất
lớn trong thực tiễn. Những số liệu này không chỉ cần thiết trong nghiên cứu
khoa học cơ bản mà cịn có nhiều ứng dụng trong thực tế. Do đó, mà việc
nghiên cứu cân bằng lỏng-hơi của các chất Ar, N2, Cl2 và CO cịn có một ý
nghĩa rất lớn trong việc giải quyết các vấn đề về nhiên liệu lỏng, hóa nơng
nghiệp, kỹ thuật xử lý mơi trường, cơng nghiệp luyện kim, hóa dầu, vật liệu
tổng hợp, hóa dược, hóa thực phẩm và dung môi.
Tuy nhiên, những dữ liệu này không phải lúc nào cũng đo được bằng
con đường thực nghiệm một cách đầy đủ, đặc biệt khi các thí nghiệm được
tiến hành trong môi trường nguy hiểm hay các thí nghiệm hết sức phức tạp
trong thực tế mà bằng con đường thực nghiệm gần như không thể thực hiện
được và đáp ứng được mọi yêu cầu cần thiết cho nghiên cứu và thực tiễn.
<i>Vì lý do đó mà Tơi chọn đề tài: “Tính tốn cân bằng lỏng-hơi của Ar, </i>
3
<b> Mục tiêu của luận án </b>
Tính tốn các hệ số virial bậc hai và xác định các giá trị nhiệt động của
cân bằng lỏng-hơi cho các chất Ar, N2, Cl2, CO bằng phương pháp hóa lượng
tử và kỹ thuật mơ phỏng tồn cục Monte Carlo.
<b>Ý nghĩa khoa học của luận án </b>
Luận án đưa ra một hướng nghiên cứu mới – đó là tính tốn các giá trị
nhiệt động của cân bằng lỏng-hơi như áp suất tới hạn, entanpy, entropy, áp
suất hơi, tỷ trọng hơi và tỷ trọng lỏng cho các chất N2 và CO bằng con đường
lý thuyết. Ngoài ra, phương pháp này còn được sử dụng để tính hệ số virial
bậc hai cho các chất Ar, N2, Cl2 và CO từ các tham số hiệu chỉnh tối ưu của
phương trình hàm thế xây dựng. Ưu điểm và lợi thế của phương pháp thực
hiện trong luận án này là khắc phục được những khó khăn mà con đường thực
nghiệm khó đáp ứng trong mọi điều kiện, đồng thời các kết quả thu được từ
con đường nghiên cứu lý thuyết cũng đáp ứng đầy đủ các nhu cầu thực tiễn
đặt ra.
<b>Những đóng góp mới của luận án: phát triển mới các hàm thế tương tác </b>
<i>liên phân tử ab initio 5-vị trí và tính hệ số virial bậc hai để đánh giá hàm thế </i>
sử dụng cho quá trình mơ phỏng GEMC.
<b>Cấu trúc của luận án gồm các phần </b>
- Đặt vấn đề
- Chương 1. Tổng quan tài liệu
- Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3. Kết quả và thảo luận
- Những kết luận chính của luận án
- Những định hướng nghiên cứu tiếp theo
- Danh mục các bài báo công bố trên tạp chí
- Tài liệu tham khảo
4
<b>Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU </b>
<b>1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT LƢỢNG TỬ </b>
Nền tảng của hóa lượng tử là mơ hình sóng về ngun tử, coi ngun tử
được tạo thành từ một hạt nhân mang điện tích dương và các electron quay
xung quanh. Các electron trong mơ hình sóng là các đám mây electron chuyển
động trên các orbital và vị trí của chúng được đặc trưng bởi một phân bố xác
suất chứ không phải là một điểm rời rạc. Để biết được phân bố xác suất, và
tính chất của hạt đơn trong không gian 3 chiều người ta giải phương trình
Schrưdinger [20], [27], [34], [62].
2
2
( , ) ( , ) ( ) ( , )
2
<i>i</i> <i>r t</i> <i>r t</i> <i>V r</i> <i>r t</i>
<i>t</i> <i>m</i>
(1.1)
<i>Ở đây ψ là hàm sóng ở vị trí r(x,y,z) và thời điểm t; V là thế năng; m là </i>
khối lượng của hạt; <sub></sub>2
<i> là toán tử Laplace; là hằng số Planck; i là đơn vị ảo. </i>
Đối với hệ nhiều electron phương trình Schrưdinger được giải gần
đúng. Để giải gần đúng phương trình Schrưdinger, các phương pháp khác
nhau được đưa ra dựa trên phương trình Roothaan, tất cả để giải quyết vấn đề
thế năng tương tác giữa các electron với nhau trên cơ sở các phương trình
chứa tích phân Coulomb và các tích phân xen phủ giữa các electron [1], [27].
<b>1.1.1. Phƣơng pháp tƣơng quan electron </b>
<i>Phương pháp tương quan electron (ab initio) hiện nay được coi là </i>
phương pháp chính xác nhất, phương pháp sử dụng các tham số lý thuyết ban
đầu của hạt và thực hiện tính tốn các giai đoạn của các electron trong
phương trình chrödinger [20].
<i>Hiện nay có ba nhóm phương pháp tính gần đúng khác nhau </i>
<i>1.1.1.1. Phương pháp gần đúng Hartree-Fock (HF) </i>
5
tương tác trung bình. Năng lượng tương quan electron là năng lượng di
chuyển giữa Hartree-Fock và năng lượng thấp nhất có thể trong mỗi bộ cơ sở.
Đó là do sự tương quan giữa chuyển động của các electron. Đối với các hệ và
trạng thái mà ảnh hưởng của tương quan electron là quan trọng, kết quả
Hartree-Fock sẽ không đạt yêu cầu. Các phương pháp cơ học lượng tử được
phát triển bao gồm một số phương pháp tương quan electron [20], [62], [45].
Ba phương pháp hiệu chỉnh tương quan chính là tương tác cấu hình, lý
thuyết nhiễu loạn nhiều tâm và nhóm cặp. Phương pháp nhóm cặp trình bày
cách tiếp cận thành công nhất cho các giải pháp chính xác phân tử nhiều
electron. Nó có thể áp dụng cho các hệ tương đối lớn và có khả năng phục hồi
một phần lớn năng lượng tương quan [20], [62], [87].
Trong thực tế, phương pháp nhóm cặp được áp dụng cho những phân
tử nhỏ với số ít các electron. Tuy nhiên, hàm sóng nhóm cặp cho biết một sự
tương quan chính xác với mơ tả Hartree-Fock [20], [45], [62].
Phương pháp tương tác cấu hình được xây dựng bằng cách thay thế một
hoặc nhiều orbital bị chiếm trong định thức Hartree-Fock bằng một orbital ảo.
Hàm sóng của hệ được biểu diễn dưới dạng tổ hợp tuyến tính của các định
thức đa biến [20]:
1 1 2 2 ...
<i>o</i> <i>H F</i>
<i>c</i> <i>c</i> <i>c</i>
(1.2)
<i>trong đó hệ số ci</i> là các trọng số của mỗi đa thức trong việc mở rộng và chắc
chắn được chuẩn hóa.
Phương pháp tương tác cấu hình đầy đủ xây dựng các hàm sóng bằng
tổ hợp tuyến tính của định thức Hartree Fock và tất cả các định thức có thể
được thay thế [20], [34].
0
<i>o</i> <i>H F</i> <i>s</i> <i>s</i>
<i>s</i>
<i>c</i> <i>c</i>
(1.3)
6
<i>1.1.1.2. Phương pháp nhiễu loạn Möller-Plesset (MP) </i>
Møller và Plesset đề xuất một đối lưu cho sự tương quan như là một sự
nhiễu loạn từ hàm sóng Hartree-Fock. Nó được gọi là lý thuyết nhiễu loạn
Möller-Plesset. Tương quan tối thiểu là phương pháp bậc hai (MP2). Tương
tự ta cũng có thể thực hiện các tương quan bậc ba (MP3) và bậc bốn (MP4).
Kết quả của tính toán tương quan bậc bốn (MP4) tương đương với kỹ thuật
tính tốn CISD. Phương pháp tính tốn bậc năm (MP5) và bậc cao hơn hiếm
khi được thực hiện do thời gian tính tốn dài [34], [61].
Trong lý thuyết nhiễu loạn Mưller-Plesset thì hàm bị nhiễu loạn
Hamilton, Hλ được xác định là
1
<i>i</i>
<i>o</i> <i>i</i>
<i>i</i>
<i>H</i><sub></sub> <i>H</i> <i>H</i>
<i>Trong đó λ là một hệ số mở rộng. Phần tích phân n-electron trên Ho</i>
bằng tổng trên các giá trị riêng một electron của toán tử Fock.
Hàm sóng chính xác của trạng thái cơ bản và năng lượng Ψλ và Eλ của
một hệ được mô tả bởi hàm Hamilton đầy đủ Hλ có thể được mở rộng trong
<i>năng lượng λ [45], [61]. </i>
( ) (1) 2 ( 2 )
...
<i>o</i>
(1.5)
( ) (1) 2 ( 2 )
...
<i>o</i>
<i>E</i><sub></sub> <i>E</i> <i>E</i> <i>E</i> (1.6)
Chèn hàm sóng và năng lượng chính xác vào phương trình chrödinger
( ) (1) ( ) (1) ( ) (1)
(<i>H<sub>o</sub></i> <i>V</i>)( <i>o</i> ...) (<i>E</i> <i>o</i> <i>E</i> ...)( <i>o</i> ...) (1.7)
Sau khi mở rộng kết quả, các hệ số ở mỗi bên của phương trình có thể
( ) ( )
(<i>H<sub>o</sub></i> <i>E</i> <i>o</i> ) <i>o</i> 0 (1.8)
( ) (1) (1) ( )
7
( ) ( 2 ) (1) (1) ( 2 )
(<i>H<sub>o</sub></i> <i>E</i> <i>o</i> ) (<i>E</i> <i>V</i> ) <i>E</i> <i>o</i> (1.10)
Việc hiệu chỉnh năng lượng và hàm sóng theo thứ tự tương ứng có thể
<i>thu được bằng cách giải phương trình cho mỗi bậc của λ [20], [45]. </i>
<i>1.1.1.3. Lý thuyết nhóm cặp (Coupled Cluster Theory) </i>
Ngày nay, lý thuyết nhóm cặp đơn đơi (Coupled Cluster Single Double
- CCSD) là phương pháp áp dụng chính xác và phù hợp cho xử lý các hệ phân
tử có tương tác cấu hình. Phương pháp nhóm cặp được phát triển vào cuối
những năm 1960 bởi Cizek (1966), nhưng đến cuối những năm 1970 mới bắt
đầu đưa vào thực tế thực hiện và đến năm 1982 thì kỹ thuật nhóm cặp kích
thích đơn và đôi CCSD mới đưa ra thực hiện [20], [34].
Vấn đề kích thước nhất quán của tương tác cấu hình được giải quyết
bằng cách sử dụng phương pháp nhóm cặp đơn đơi để tạo thành một hàm
sóng mà ở đó các tốn tử kích thích được mũ hóa [20], [34].
e x p ( )
<i>C C</i> <i>T</i> <i>C</i>
(1.11)
<i>Toán tử T được xác định là T = T1 + T2 + T3 + ... + Tn và Tn</i> là một tổ
<i>hợp tuyến tính của tất cả các kích thích kiểu n, n tổng số electron và các toán </i>
<i>tử Ti khác nhau tạo ra tất cả các định thức có thể có i kích thích từ tham chiếu. </i>
1
<i>a</i>
<i>C</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>i</i> <i>a</i>
<i>T</i> <i>C</i> (1.12)
2
<i>a b</i> <i>a b</i>
<i>C</i> <i>ij</i> <i>ij</i>
<i>i</i> <i>j a</i> <i>b</i>
<i>T</i> <i>C</i>
Trong đó <i>a</i>
<i>i</i>
<i>C</i> và <i>a b</i>
<i>i j</i>
<i>C</i> là các hệ số được xác định
1 1
2 2
<i>a</i> <i>c</i> <i>a b</i> <i>a b</i>
<i>C C S D</i> <i>o</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i j</i> <i>i j</i>
<i>a</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>j a</i> <i>b</i>
<i>i j</i>
<i>c</i> <i>b</i> <i>c b</i> <i>k l</i> <i>a b c d</i>
<i>i</i> <i>j</i> <i>i j</i> <i>a b</i> <i>c d</i> <i>i j k l</i>
<i>c b</i> <i>i j</i> <i>a</i> <i>b c</i> <i>d i</i> <i>j k</i> <i>l</i>
<i>C</i> <i>C</i>
<i>C C</i> <i>C</i> <i>C</i>
(1.14)
8
thích của bậc thấp hơn. Các hệ số được xác định bằng cách đối chiếu phương
trình chrödinger ở bên trái với các kết quả được tạo ra bởi toán tử <i>T</i> . Điều
này thay thế bài toán giá trị riêng bằng một hệ phi tuyến tính [57].
Các phép tính nhóm cặp có thể tương tự như các phép tính tương tác
cấu hình (CI), trong đó hàm sóng là một tổ hợp tuyến tính của nhiều định
thức. Phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu này, CCSD(T), bao
gồm các kích thích nhiễu loạn bậc ba là chính xác. Các phép tính nhóm cặp
cho biết năng lượng biến thiên cũng như là bao gồm các kích thích [20],
[34], [45].
<b>1.1.2. Mơ hình COSMO </b>
<i>1.1.2.1. Lý thuyết mơ hình COSMO </i>
COSMO là một phương pháp tính tốn để xác định tương tác tĩnh điện
của một phân tử có dung mơi. Phương pháp này thường được sử dụng trong
hóa học tính tốn để mơ hình hóa hiệu ứng solvat hóa [29].
Mơ hình COSMO được Klamt [56] đưa ra đầu tiên là sự mở rộng của
mơ hình sovat hóa điện li; tiếp theo là mơ hình COSMO-SAC được phát triển
bởi Lin và Sandler [69], các mơ hình này với mục đích là dự đốn tính chất
nhiệt động của pha lỏng. Phương pháp nhiệt động solvat hóa địi hỏi bề mặt
sigma được tính tốn chỉ với cấu trúc phân tử và cơ học lượng tử. Giá trị điện
tích bề mặt sigma là quan trọng trong các tính tốn tính chất cân bằng pha đối
với các hệ bậc hai.
9
Trong hình 1.1a và 1.1b, năng lượng tự do solvat hóa <i>* s o l</i>
<i>i</i>
<i>G</i>
đặc trưng
cho sự thay đổi năng lượng tự do Gibbs liên quan đến sự dịch chuyển phân tử
<i>i ở vị trí cố định ở trạng thái khí lý tưởng tới vị trí cố định ở trong dung dịch </i>
<i>S. Năng lượng tự do tạo thành hốc dung môi </i><i>G<sub>i</sub>* c a v</i> đặc trưng bằng sự thay
đổi năng lượng tự do Gibbs cần để tạo thành một hốc dung môi trong phạm vi
<i>dung dịch S của kích thước phân tử i chính xác. Năng lượng tự do điện tích </i>
<i>* c h g</i>
<i>i</i>
<i>G</i>
đặc trưng bằng năng lượng tự do Gibbs cần để loại bỏ điện tích bề
mặt khỏi bề mặt của hốc phân tử.
Phương trình biểu diễn năng lượng solvat hóa như là tổng năng lượng
tạo thành hốc trong dung dịch và năng lượng tự do điện tích:
* * *
* * * *
/ /
<i>s o l</i> <i>c a v</i> <i>c h g</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>s o l</i> <i>c a v</i> <i>r e s</i> <i>iS</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i S</i> <i>i S</i>
<i>G</i> <i>G</i> <i>G</i>
<i>G</i> <i>G</i> <i>G</i> <i>G</i>
(1.15)
Ở đây <i>G<sub>i S</sub></i>*<sub>/</sub><i>iS</i> và <i>G<sub>i S</sub></i>*<sub>/</sub><i>r e s</i>là năng lượng tự do solvat hóa lý tưởng và phục
hồi
Trong mơ hình của Klamt [56], mơi trường được coi là đồng nhất và độ
dẫn hoàn hảo, trong khi Lin và Sandler lại xác định năng lượng tự do điện tích
a) b)
<i><b>Hình 1.1. a) Mơ tả q trình solvat hóa lý tưởng; b) So sánh q trình </b></i>
10
như là tổng của số hạng năng lượng tự do solvat hóa lý tưởng và năng lượng
tự do phục hồi cần thiết để loại bỏ điện tích thuộc bề mặt điện tích khỏi bề
mặt của hốc dung môi sau khi đặt chất tan trong hốc dung môi. Riêng đối với
hệ số bậc hai thì hệ số hoạt độ được tính theo phương trình của mơ hình
NRTL được phát triển từ phương trình Wilson như sau [35], [82]:
;
ln
<i>N</i> <i>N</i>
<i>j i</i> <i>j i</i> <i>j</i> <i><sub>N</sub></i> <i>j i</i> <i>j i</i> <i>j</i>
<i>j</i> <i>j</i> <i>j i</i> <i>j</i>
<i>i</i> <i>N</i> <i>N</i> <i>j i</i> <i>N</i>
<i>j</i>
<i>k i</i> <i>k</i> <i>k i</i> <i>k</i> <i>k i</i> <i>k</i>
<i>k</i> <i>k</i> <i>k</i>
<i>G</i> <i>x</i> <i>G</i> <i>x</i>
<i>x G</i>
<i>G</i> <i>x</i> <i>G</i> <i>x</i> <i>G</i> <i>x</i>
/ ln ; e x p
<i>ji</i> <i>Aji</i> <i>Bji</i> <i>T</i> <i>C</i> <i>ji</i> <i>T</i> <i>D T Gji</i> <i>ji</i> <i>ji</i> <i>ji</i>
<i>1.1.2.2. Mật độ điện tích sigma </i>
Giá trị bề mặt điện tích sigma là phân bố xác suất mật độ điện tích bề
mặt của một phân tử hay một hỗn hợp. Các mơ hình COSMO xây dựng kích
thước hình thể hốc phân tử trong khn khổ độ dẫn theo một nhóm các quy
tắc và các hướng nguyên tử. Lưỡng cực phân tử và momen cao hơn nhận
được điện tích từ mơi trường bao quanh đến bề mặt của hốc.
Bề mặt điện tích sigma <i>của phân tử i là xác suất xác định một phần </i>
điện tích bề mặt [56], [69], [82].
( ) ( ) / ( ) /
( ) /
( )
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>e f f</i>
<i>i</i> <i>i</i>
<i>p</i> <i>n</i> <i>n</i> <i>A</i> <i>A</i>
<i>n</i> <i>n</i> <i>A</i> <i>a</i>
<i>A</i> <i>A</i>
Trong đó là số phần bề mặt mật độ điện tích bề mặt ; <i>ni</i> là số
<i>phần bề mặt tổng cộng bao quanh một hốc phân tử; Ai</i> là diện tích bề mặt của
hốc phân tử; là diện tích bề mặt tổng cộng của tất cả các phần bề mặt
với một mật độ điện tích bề mặt , <i>n<sub>i</sub></i>( ) và <i>A<sub>i</sub></i>( ) có mối quan hệ
( ) ( ( ))
<i>i</i> <i>e ff</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>A</i> <i>a</i> <i>n n</i> xác định bởi Lin [81].
<i>i</i>
<i>p</i>
( )
<i>i</i>
<i>n</i>
( )
<i>i</i>
11
Giá trị bề mặt điện tích sigma của hỗn hợp cũng là giá trị trung bình
trọng số của bề mặt điện tích thành phần đơn và khơng giới hạn cho số cấu tử
( ) ( ) ( )
( )
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>S</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>x n p</i> <i>x A p</i> <i>x p</i>
<i>p</i>
<i>x n</i> <i>x</i> <i>x A</i>
Lin và Sandler đã xác định mật độ điện tích bề mặt trung bình của phần
bề mặt * để tính mật độ điện tích bề mặt mới σ.
2 2 <sub>2</sub>
*
2 2 2 2
2 2 2
2 2 2 2
e x p
e x p
<i>n</i> <i>e f f</i> <i><sub>m n</sub></i>
<i>n</i>
<i>n</i> <i>n</i> <i>e f f</i> <i>n</i> <i>e f f</i>
<i>m</i>
<i>n</i> <i>e f f</i> <i><sub>m n</sub></i>
<i>n</i> <i>n</i> <i>e f f</i> <i>n</i> <i>e f f</i>
<i>r r</i> <i><sub>d</sub></i>
<i>r</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>r</i>
<i>r r</i> <i><sub>d</sub></i>
<i>r</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>r</i>
<sub></sub> <sub></sub>
<sub></sub> <sub></sub>
Trong đó mật độ điện tích trung bình-<i>m; dmn</i> là khoảng cách giữa hai phần bề
<i>mặt điện tích m và n; reff</i> - bán kính hiệu dụng.
<i>1.1.2.3. Tính tốn cân bằng lỏng-hơi </i>
Tính tốn giản đồ cân bằng lỏng-hơi đối với các hệ chất ở các nhiệt độ
khác nhau, sau khi thực hiện các tính tốn mật độ điện tích bề mặt của phân tử
và giá trị hoạt độ tương ứng. Áp suất tổng cộng được sử dụng trong các tính
tốn giản đồ cân bằng lỏng hơi
(1.20)
Ở đây là các áp suất hơi của cấu tử tinh khiết đơn; và là phân
<i>số mol của các cấu tử i trong pha lỏng và hệ số hoạt độ của cấu tử i được tính </i>
từ mơ hình COSMO-SAC. Tính tốn tính chất lý tưởng của pha khí được giả
thuyết phân số mol pha hơi nhận được từ tỷ lệ áp suất riêng
phần và áp suất tổng cộng. Áp suất hơi ở nhiệt độ đã cho được tính theo
phương trình Antoine. Hệ số phương trình nhận được từ các giá trị nhiệt độ và
áp suất thực nghiệm tương ứng [69], [81], [82].
<i>o</i>
<i>t o t</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>i</i>
<i>p</i>
<i>o</i>
<i>i</i>
<i>p</i> <i>x<sub>i</sub></i> <i><sub>i</sub></i>
/
<i>o</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>to t</i>
12
<b>1.2. CÁC BỘ HÀM CƠ SỞ </b>
Trong hóa học tính tốn lượng tử thường được thực hiện bằng cách sử
dụng một tập hữu hạn các hàm cơ sở. Khi tập hữu hạn cơ sở này được mở
rộng hướng tới một tập hợp đầy đủ các hàm thì các phép tính sử dụng bộ hàm
cơ sở như vậy gọi là tiếp cận giới hạn bộ hàm cơ sở hồn chỉnh. Đơi khi hàm
cơ sở và orbital nguyên tử được sử dụng thay thế cho nhau, mặc dù các hàm
cơ sở thường khơng đúng orbital ngun tử, bởi vì nhiều hàm cơ sở được sử
dụng để mô tả các hiệu ứng phân cực trong phân tử. Trong tập hàm cơ sở,
hàm sóng được biểu diễn dưới dạng vectơ, các thành phần tương ứng với các
hệ số của các hàm cơ sở trong việc mở rộng tuyến tính [83].
<i>Phương pháp ab initio có thể nhận được thơng tin chính xác bằng cách </i>
giải phương trình chrödinger mà không khớp các tham số dữ liệu thực
<i>nghiệm. Trên thực tế, phương pháp ab initio cũng sử dụng dữ liệu thực </i>
nghiệm một cách khá tinh tế. Các phương thức này là sử dụng một số xấp xỉ
để giải phương trình chrödinger. Một trong những xấp xỉ thuộc về phương
<i>pháp ab initio là việc sử dụng các bộ hàm cơ sở [45]. </i>
13
Bộ hàm
cơ sở
Hàm nguyên Hàm rút gọn
cc-pVDZ 9s,4p,1d/4s,1p 3s,2p,1d/2s,1p
cc-pVTZ 10s,5p,2d,1f/5s,2p,1d 4s,3p,2d,1f/3s,2p,1d
cc-pVQZ 12s,6p,3d,2f,1g/6s,3p,2d,1f 5s,4p,3d,2f,1g/4s,3p,2d,1f
cc-pV5Z 14s,9p,4d,3f,2g,1h/8s,4p,3d,2f,1g 6s,5p,4d,3f,2g,1h/5s,4p,3d,2f,1g
Các bộ hàm cơ sở cc- đã tối ưu hóa năng lượng, được tăng cường bằng
các hàm khuếch tán bổ sung, biểu thị bằng tiền tố viết tắt aug-. Sự gia tăng
này liên quan đến việc chèn thêm một hàm với một số mũ nhỏ hơn mỗi động
lượng góc [34].
<b>1.3. CÁC HÀM THẾ TƢƠNG TÁC LIÊN PHÂN TỬ </b>
<b>1.3.1. Tƣơng tác tĩnh điện </b>
Tương tác tĩnh điện là tương tác giữa các hạt mang điện. Biểu thức định
luật Coulomb cho năng lượng tương tác của hai hạt mang điện <i>q q<sub>i</sub></i>, <i><sub>j</sub></i><sub>cách </sub>
nhau một khoảng <i>r<sub>ij</sub></i>được biểu diễn như sau [5]:
1 1
.
1
( )
4
<i>n</i> <i>n</i>
<i>i</i> <i>j</i>
<i>ij</i>
<i>i</i> <i>j</i>
<i>o</i> <i>ij</i>
<i>q q</i>
<i>u r</i>
<i>r</i>
<sub></sub> <sub></sub>
<i>Với n là số vị trí trên phân tử hay số hạt tương tác. </i>
<b>1.3.2. Hàm thế tƣơng tác liên phân tử </b>
14
tính chất của vật liệu vĩ mơ có thể đo ở các số hạng tính chất của các hạt và sự
tương tác giữa chúng [5], [61].
Để xem xét tính chất vật lý của hệ, đặc biệt các lực Van der Waals, các
kỹ thuật mô phỏng phân tử thực hiện bằng các giải thuật để tạo ra bề mặt thế
năng đã biết như là các thế tương tác nguyên tử. Các giải thuật mong muốn
đơn giản, nhưng thực tế là phức tạp cần thiết để hồn thành điều kiện trước
đó. Một hàm tổng quát đối với một thế tương tác nguyên tử [30]:
(1.22)
<i>Ở đây Vi là các đóng góp nguyên tử đơn; V</i>2 và V3 là đóng góp tương tác
giữa 2 và 3 hạt.
Hàm thế tương tác phân tử nhận được hoặc từ tài liệu tham khảo khi
khớp các số liệu thực nghiệm hoặc từ các tính tốn lượng tử hoặc có thể tính
toán trực tiếp các số hạng khác nhau trong hàm thế. Đặc biệt khi thực hiện
khớp một hàm thế với dữ liệu thực nghiệm là rất quan trọng [61]. Nhưng
khơng phải lúc nào cũng có sẵn dữ liệu thực nghiệm để thực hiện cơng việc
này.
Tính tốn thế năng là tất yếu để hiểu được tính chất hút và đẩy giữa các
phân tử. Tương tác phân tử là kết quả của hai ảnh hưởng vùng gần và vùng
xa. Ảnh hưởng tĩnh điện, hút và đẩy là những mẫu cho sự tương tác vùng xa.
Tương tác tĩnh điện nhận được từ phân bố điện tích giữa các phân tử. Ảnh
hưởng có thể hoặc hút hoặc đẩy giữa các cặp [30].
Tuy nhiên đóng góp quan trọng nhất là ảnh hưởng hút của những sự
đẩy tăng lên từ sự dịch chuyển electron. Tương tác vùng gần xảy ra ở khoảng
cách tách biệt phân tử nhỏ, có sự xen phủ của các hàm sóng phân tử. Về lý
thuyết có thể tính tốn được tương tác phân tử theo nguyên lý thứ nhất. Tuy
<i>nhiên trong thực tế nguyên lý thứ nhất hoặc phương pháp ab initio giới hạn </i>
2
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>j</i> <i>i</i> <i>j</i> <i>k</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>j</i> <i>i</i> <i>j</i> <i>k</i>
<i>u</i> <i>V</i> <i>r</i> <i>V</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>V</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>r</i>
15
cho những hệ đơn giản. Hơn nữa ảnh hưởng của tương tác phân tử được biểu
diễn bằng một vài kiểu hàm thế tương tác phân tử [5].
Trong các bài tốn mơ phỏng ln tìm kiếm và chọn lựa hàm thế tương
tác phân tử phù hợp với đối tượng cần nghiên cứu. Mỗi hàm thế cần có một
bộ tham số phù hợp với sự tương tác phân tử và trên thực tế có rất nhiều kiểu
hàm thế tương tác phân tử có sẵn hoặc được xây dựng mới. Chính vì lý do
này mà hàm thế tương tác phân tử đã được phát triển và sử dụng rộng rãi cho
q trình mơ phỏng [5], [30], [61].
<i>1.3.2.1. Hàm thế Lennard – Jones </i>
Thế Lennard-Jones 6 – 12 biểu thị cho thế cặp tương tác phân tử được
tính bằng tổng thế hút và thế đẩy của hai nguyên tử hoặc phân tử ở một
khoảng cách xác định. Hàm thế dạng này được phát triển và sử dụng cho mơ
phỏng tồn cục GEMC để xác định cân bằng lỏng hơi của hệ nghiên cứu.
Biểu thức được biểu diễn như sau [15], [25], [46]:
1 2 6
1 2 6
( <i><sub>i j</sub></i>) 4 <i><sub>i j</sub></i> <i>i j</i> <i>i j</i>
<i>i j</i> <i>i j</i>
<i>u r</i>
<i>r</i> <i>r</i>
<sub></sub> <sub></sub>
(1.23)
Trong đó <i>u r</i>( <i><sub>ij</sub></i>)<i> là thế tương tác giữa hai nguyên tử hoặc phân tử; r (Å) </i>
<i>là khoảng cách giữa các hạt i và j; </i> (<i>EH</i> ) là độ sâu của thế; (Å) là vị trí
điểm giao nhau của thế.
Các tham số hàm thế này được xác định từ thực nghiệm hoặc nhận
được từ việc khớp các tham số virial thực nghiệm bằng kỹ thuật bình phương
tối thiểu phi tuyến [15], [25], [46].
<i>1.3.2.2. Hàm thế Morse </i>
16
2 ( ) ( )
( ) 2
<i>i j</i> <i>e</i> <i>i j</i> <i>e</i>
<i>e</i> <i>e</i>
<i>r</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>r</i>
<i>r</i> <i>r</i>
<i>i j</i>
<i>u r</i> <i>D</i> <i>e</i> <i>e</i>
(1.24)
Khi đó thế Morse được biểu thị là:
2
( <i><sub>ij</sub></i>) 1 e x p ( <i><sub>ij</sub></i>)
<i>u r</i> <i>D</i> <sub></sub> <i>r</i> <sub></sub> (1.25)
<i>Trong đó D là độ sâu của thế tương tác, r<sub>ij</sub></i>là khoảng cách tương tác
<i>giữa i và j; </i> biểu thị cho vùng tương tác. Thế này được dùng cho mẫu phân
<i>tử hai nguyên tử cùng hóa trị. Năng lượng tổng tỷ lệ tuyến tính với D và </i>
<i>khoảng cách tỷ lệ tuyến tính với re</i>.
<i>1.3.2.3. Hàm Damping </i>
Hàm Damping là một hàm quan trọng cho tương tác kiểu vị trí – vị trí.
Lý thuyết về hàm này cho phép tính năng lượng phân tán của hai vị trí [54]:
6 8 1 0
6 8 1 0
( ) ...
<i>d i s p</i> <i>i j</i>
<i>i j</i> <i>i j</i> <i>i j</i>
<i>C</i> <i>C</i> <i>C</i>
<i>u</i> <i>r</i>
<i>r</i> <i>r</i> <i>r</i>
(1.26)
Biểu thức trên khơng đúng khi r0. Năng lượng electron cịn lại trong
giới hạn và lực đẩy hạt nhân – hạt nhân có giá trị đúng bằng 1 / <i>r<sub>ij</sub></i>.
Đối với năng lượng phân tán các nguyên tử có thể được mô tả bằng
biểu thức điều chỉnh như sau [71], [86]:
6 8 1 0
6 6 8 8 1 0 1 0
( ) ( ) ( ) ( ) ...
<i>d i s p</i> <i>i j</i> <i>i j</i> <i>i j</i> <i>i j</i>
<i>i j</i> <i>i j</i> <i>i j</i>
<i>C</i> <i>C</i> <i>C</i>
<i>u</i> <i>r</i> <i>f</i> <i>r</i> <i>f</i> <i>r</i> <i>f</i> <i>r</i>
<i>r</i> <i>r</i> <i>r</i>
(1.27)
Trong đó <i>f<sub>n</sub></i>(<i>r<sub>ij</sub></i>)<sub> là hàm Damping. Các hàm này phải thỏa mãn điều kiện sau: </sub>
<i>f<sub>n</sub></i>(<i>r<sub>ij</sub></i>)<sub> 1 khi </sub><i>r<sub>ij</sub></i> <sub>, công thức bao phủ cả vùng xa. </sub>
<i>f<sub>n</sub></i>(<i>r<sub>ij</sub></i>)<sub> R</sub>n<sub> khi </sub><i>r<sub>ij</sub></i><sub> 0, ngăn chặn các điểm bất thường. </sub>
0
17
<i>1.3.2.4. Hàm thế tương tác liên phân tử </i>
<i>Thế cặp tương tác ab initio mới cho nitơ được phát triển bởi Deiters và </i>
Leonhard trên cơ sở của hàm thế Morse ở mức lý thuyết CCSD(T) sử dụng bộ
<i>hàm cơ sở tương quan thích hợp aug-cc-pVmZ (m = 2, 3, 23) để dự đốn các </i>
tính chất nhiệt động của cân bằng lỏng hơi sử dụng kỹ thuật mô phỏng GEMC
được mô tả như sau [3], [51], [52]:
5 5
6
1 1
.
( ) ( )
4
<i>i</i> <i>j</i>
<i>M</i> <i>C C</i>
<i>ij</i> <i>ij</i> <i>ij</i>
<i>i</i> <i>j</i> <i>o ij</i>
<i>q q</i>
<i>u r</i> <i>E</i> <i>D</i> <i>r</i>
<i>r</i>
<sub></sub> <sub></sub>
Với
;
Trong đó và là các hàm Damping. Thế này dùng rất thành
cơng cho việc tính tốn các tính chất nhiệt động cân bằng pha của nitơ.
<b>1.4. CÁC PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI (EOS) </b>
<b>1.4.1. Phƣơng trình trạng thái virial </b>
Các tính chất nhiệt động học quan trọng của chất khí liên quan đến trạng
thái của chúng và hệ số virial là một tham số thể hiện khả năng tương tác của
2
/ 1 / / ...
<i>m</i> <i>m</i> <i>m</i>
<i>z</i> <i>p V</i> <i>R T</i> <i>B</i> <i>V</i> <i>C</i> <i>V</i> (1.29)
Phương trình virial là một chuỗi lũy thừa hệ số nén nghịch đảo của thể
tích mol, 1
<i>n</i>
<i>V</i> [12], [47], [66], [74].
Hệ số virial được tính bằng tích phân sau:
2
6
6
6
( )
,
1 1 ( )
,
<i>i j</i>
<i>M</i>
<i>r</i> <i>r</i> <i>C</i>
<i>i j</i> <i>m i j</i>
<i>E<sub>i j</sub></i> <i>D<sub>e i j</sub></i> <i>e</i> <i>D<sub>i j</sub></i> <i>r</i>
<i>r</i>
<sub></sub> <sub></sub>
6
2
(1 )
( )
<i>g</i>
<i>M</i>
,
<i>C C</i> <i>ri j</i>
<i>d</i>
<i>r<sub>g</sub></i> <i>r</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>D</i> <i>r</i> <i>e</i>
<i>i j m i j</i>
6
( )
<i>M</i>
18
(1.30)
<i>Trong đó z là hệ số nén , E(r) là năng lượng tương tác hạt đối xứng cầu </i>
<i>được tính từ tích phân qua tung độ góc, R là hằng số khí 8,314 510 ± </i>
0,000070 J.K−1.mol−1<i>; B và C là các hệ số virial bậc hai, bậc ba, …. Trong đó </i>
các hệ số virial bậc hai có thể được xác định bằng cách khớp các dữ liệu thực
nghiệm ở các nhiệt độ khác nhau theo phương trình trạng thái virial như sau:
(1.31)
<i>Các tham số a và b của phương trình trạng thái được xác định từ các giá trị T</i>c
<i>và Pc cho phép tính tốn được đầy đủ các tính chất của hệ. </i>
<b>1.4.2. Phƣơng trình trạng thái Peng – Robinson (PR-EOS) </b>
Peng–Robinson đã xây dựng một phương trình trạng thái vào năm 1976 để
giải quyết các mục tiêu như: các tham số cần thể hiện rõ ràng về các tính chất
quan trọng và yếu tố acentric. Các mơ hình cần cung cấp độ chính xác hợp lý
gần điểm tới hạn, đặc biệt là để tính tốn hệ số nén và mật độ chất lỏng. Các
quy tắc trộn không nên sử dụng nhiều hơn một tham số tương tác nhị phân
đơn, mà nên độc lập với nhiệt độ, áp suất và thành phần. Phương trình được
áp dụng tính tốn tất cả các tính chất của chất lỏng trong quá trình tự nhiên.
Phương trình Peng–Robinson được đưa ra dưới dạng [70]:
(1.32)
2 2 <sub>2</sub>
1 / 2
0 , 4 5 7 2 4 <i>c</i> ; 0 , 0 7 7 8 <i>c</i> ; 1 1 <i><sub>r</sub></i>
<i>c</i> <i>c</i>
<i>R T</i> <i>R T</i>
<i>a</i> <i>b</i> <i>T</i>
<i>p</i> <i>p</i>
2
0 , 3 7 4 6 4 1, 5 4 2 2 6 0 , 2 6 9 9 2 ; <i><sub>r</sub></i>
<i>c</i>
<i>T</i>
<i>T</i>
<i>T</i>
<sub> </sub>
Phương trình này được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nhiệt động kỹ thuật
hóa học. Phương trình cho các kết quả dự đốn tỷ trọng chất lỏng rất tốt.
( ) / 2
0
( ) 2 [ <i>E r</i> <i>k T</i> 1]
<i>B T</i> <i>e</i> <i>r d r</i>
2
/
( ) / (c m m o l3 1) e x p <i>c</i> <i>K</i>
<i>B</i> <i>T</i> <i>a</i> <i>b</i>
<i>T</i>
<sub></sub> <sub></sub>
2 2
2
<i>m</i> <i>m</i> <i>m</i>
<i>R T</i> <i>a</i>
<i>p</i>
<i>V</i> <i>b</i> <i>V</i> <i>b V</i> <i>b</i>
19
<i>Các giá trị TC, P</i>C<i>, </i> của phương trình trên thì được nhập liệu vào tương ứng
cho mỗi chất.
Sau đó phương trình trạng thái Peng – Robinson được cải tiến ở hàm
alpha và tham số hiệu chỉnh [21]:
với và (1.33)
với ; 0 , 0 7 7 8 <i>c</i>
<i>c</i>
<i>R T</i>
<i>b</i>
<i>P</i>
<sub> </sub>
<b>1.4.3. Phƣơng trình trạng thái Deiters (D-EOS) </b>
Deiters đã xây dựng một phương trình trạng thái dựa trên lý thuyết chuỗi
cầu cứng nhiễu loạn với mục đích sử dụng phương trình này để tính nhiệt độ
tới hạn, áp suất tới hạn và tỷ trọng của các thành phần tinh khiết. Deiters cũng
đề xuất một phần mở rộng cho hỗn hợp nhị phân. Phương trình này ban đầu
được đề xuất bởi Deiters khơng thể lấy tích phân theo phép toán giải tích,
Deiters đã thay đổi một phần bằng một chuỗi đa thức. Phương trình trạng thái
Deiters sử dụng để tính tốn các hệ số virial và các tính chất nhiệt động cân
bằng lỏng hơi [87].
1 ( )
(1 )
<i>o</i> <i>o</i> <i>i</i>
<i>a b</i>
<i>z</i> <i>c c</i> <i>h</i> <i>T</i> <i>F</i>
<i>c T</i>
(1.34)
Với
3 6 1 0
0 0 0
( 1)<i>k</i> <i>j</i>( )<i>i</i>
<i>t</i> <i>i j k</i>
<i>k</i> <i>j</i> <i>i</i>
<i>F</i> <i>p</i> <i>c</i> <i>T</i> <i>b</i> <i>t</i>
Trong đó là hằng số thu được từ phương trình Deiters;
1
( )<i>T</i> <i>T</i>(e x p (<i>T</i> ) 1)
; và 1 0 , 6 9 7 8 1 6 (<i>c</i> 1)2<i>; h0 = 7,0794046, </i>
<i>c0 = 0,6887; T</i> <i>c k T</i>
; 2
6
<i>b</i>
.
Các tham số trong phương trình EOS đối với thành phần tinh khiết:
2 2
( )
2
<i>R T</i> <i>a T</i>
<i>P</i>
<i>b</i> <i><sub>b</sub></i> <i><sub>b</sub></i>
<sub></sub> <sub></sub>
<sub></sub> <sub></sub> <i>v</i> <i>v</i> <i>c</i> <i>b</i> <i>b</i> <i>c</i>
2 2
( <i><sub>c</sub></i>) 0 , 4 5 7 2 4 <i>c</i>
<i>c</i>
<i>R T</i>
<i>a T</i>
<i>P</i>
<i>a T</i> <i>a</i> <i>T<sub>c</sub></i> . <i>T<sub>r</sub></i>,
20
<b>1.5. HỆ SỐ VIRIAL BẬC HAI </b>
<b>1.5.1. Hệ số virial cổ điển </b>
Các hệ số virial B2(T) biểu thị cho các hệ số trong việc mở rộng virial
của áp suất cho một hệ nhiều hạt với cường độ của mật độ, cung cấp các hiệu
chỉnh hệ theo định luật khí lý tưởng. Chúng là đặc trưng của các hàm thế
tương tác phân tử giữa các hạt hoặc phân tử và nói chung phụ thuộc vào nhiệt
độ. Hệ số virial bậc hai B2(T) chỉ phụ thuộc vào sự tương tác cặp giữa các hạt.
Do đó các hệ số virial thể hiện tầm quan trọng trong việc đánh giá độ tin cậy
của các hàm thế cặp tương tác phân tử.
Các hệ số virial được liên kết chặt chẽ với các thế tương tác phân tử
bằng lý thuyết nhiệt động học thống kê; hệ số virial bậc hai chỉ phụ thuộc vào
hàm thế cặp. Mặt khác, ít nhất là các hệ số virial bậc hai đã được xác định
bằng thực nghiệm cho nhiều loại khí. Do đó việc tính tốn các hệ số virial bậc
hai từ hàm thế tương tác là một khảo sát chặt chẽ về tính hữu ích của các hàm
thế như vậy. Mơ phỏng máy tính một số tính chất của trạng thái lỏng có thể
khơng đưa ra kết quả khả quan vì hàm thế đa tâm khơng thể tính được, hoặc
vì tính chất đó là khó khăn để lấy mẫu bằng các mô phỏng. Nhưng sự thất bại
trong việc mô phỏng các hệ số virial bậc hai chỉ ra là các hàm thế cặp không
được sử dụng.
Hệ số virial cổ điển được biểu thị như sau [47]
2
2
0 0 0 0
s in s in e x p 1
4
<i>o</i> <i>A</i>
<i>c l</i>
<i>B</i>
<i>N</i> <i>u</i>
<i>B</i> <i>d</i> <i>d</i> <i>d</i> <i>r d r</i>
<i>k T</i>
<sub></sub> <sub></sub>
<sub></sub> <sub></sub> <sub></sub> <sub></sub>
<b>1.5.2. Hệ số virial hiệu chỉnh lƣợng tử </b>
21
Wang [74], [90]. Tiếp theo sau, hệ số virial bậc hai được hiệu chỉnh lượng tử
bậc nhất
2 2 0 1 2 1 2
1 2
1
1 e x p / 1 (1 .3 6 )
1 2 ( )
2
( ) <i>A</i> <i><sub>B</sub></i>
<i>B</i>
<i>N</i>
<i>B</i> <i>u</i> <i>k T</i> <i>H u</i> <i>d r d r d</i> <i>d</i>
<i>k T</i>
<i>u</i> <i>d</i> <i>d</i>
<i>T</i>
<i>Trong đó NA là hằng số Avogradro, kB hằng số Boltzmann, T nhiệt độ, và u(r, </i>
, , <i>) thế cặp; H0 là hằng số tịnh tiến-xoay Hamilton cho 1 cặp của phân tử. </i>
Biểu thức này gồm có 2 thành phần là hệ số virial cổ điển và virial hiệu chỉnh
lượng tử bậc nhất (phần xuyên tâm, momen quán tính và khối lượng rút gọn):
(1.37)
Hiệu chỉnh lượng tử bậc nhất được viết như sau
2
2
2
1 2
3
0 0 0 0
( ) s i n s i n e x p (1 .3 8 )
9 6 ( )
<i>A</i>
<i>r</i>
<i>B</i>
<i>B</i>
<i>N</i> <i>u</i> <i>u</i>
<i>B</i> <i>T</i> <i>r d r d</i> <i>d</i> <i>d</i>
<i>k T</i> <i>r</i>
<i>k T</i>
<sub> </sub> <sub></sub>
1 2 1 2
1 2
2
2
1
2
0 0 0 0
2
1 1 2 2
1 2
( ) s i n s i n e x p ( ) ( , , )
4 8 ( )
( 1) ( 1)
(1 .3 9 )
2 2
<i>A</i>
<i>a I</i> <i>l l l</i> <i>l l l</i>
<i>l l l</i>
<i>B</i>
<i>B</i>
<i>N</i> <i>u</i>
<i>B</i> <i>T</i> <i>u</i> <i>r A</i>
<i>k T</i>
<i>k T</i>
<i>l</i> <i>l</i> <i>l</i> <i>l</i>
<i>r d r d</i> <i>d</i> <i>d</i>
<i>I</i> <i>I</i>
1 2 1 2
1 2
2
2
1
2
0 0 0 0
2
2
( ) s i n s i n e x p ( ) ( , , )
4 8 ( )
( 1)
(1 .4 0 )
2
<i>A</i>
<i>a</i> <i>l l l</i> <i>l l l</i>
<i>l l l</i>
<i>B</i>
<i>B</i>
<i>N</i> <i>u</i>
<i>B</i> <i>T</i> <i>u</i> <i>r A</i>
<i>k T</i>
<i>k T</i>
<i>l l</i>
<i>r d r d</i> <i>d</i> <i>d</i>
<i>r</i>
1 2 ( ) 1 2 ( , , )
<i>l l l</i> <i>l l l</i>
<i>u</i> <i>r A</i> biểu thị hàm điều hịa hình cầu mở rộng của thế
tương tác. Tất cả các tích phân này được giải bằng phương pháp tích phân cầu
phương bốn chiều Gauss-Legendre [89].
<b>1.6. MƠ PHỎNG TỒN CỤC GIBBS MONTE CARLO (GEMC) </b>
<b>1.6.1. Kỹ thuật mô phỏng GEMC </b>
Kỹ thuật mô phỏng GEMC là một kỹ thuật hiệu quả đặc biệt để nghiên
cứu cân bằng pha. Trong kỹ thuật này việc xem xét một vùng lớn như một
0 1 1 1
22
hộp ở các điều kiện không đổi N, V, T. Hộp được chia làm 2 vùng nhỏ I và II
có thể tích lần lượt là VI, VII; có số hạt lần lượt là NI, NII và năng lượng lần
lượt là EI
, EII được thể hiện ở Hình 1.2.
Thể tích và số hạt tổng cộng của hệ được thỏa mãn các biểu thức: V =
VI + VII và N = NI + NII. Các vùng riêng biệt được xem xét như thể tích của
các pha cân bằng của hệ vĩ mô, bề mặt phân cách pha giữa hai vùng khơng có
ý nghĩa về mặt vật lý chỉ là bề mặt tưởng tượng. Như vậy, các hạt đặt bên
trong mỗi vùng nhỏ được xem xét sâu bên trong các pha đặc trưng bởi các
điều kiện của hệ nhỏ I và II. Hai hộp nhỏ này tạo thành và tồn tại cùng nhau
và đặc trưng ở các điều kiện không đổi NVT [51], [52], [59]. Trong q trình
thực hiện mơ phỏng, có 3 loại dịch chuyển khác nhau: thay thế vị trí các hạt,
thay đổi thể tích và trao đổi hạt được thể hiện ở Hình 1.3.
<i><b>Hình 1.2. Sơ đồ hệ mơ tả mô phỏng GEMC </b></i>
I <sub>II </sub>
EI
NI
VI
23
<i><b>Hình 1.3. Các tiến trình diễn ra trong quá trình mơ phỏng GEMC </b></i>
<b>1.6.2. Phƣơng trình tính tốn tính chất nhiệt động </b>
Những tính chất nhiệt động thu được sau quá trình mơ phỏng là
entanpy, nội năng, nhiệt độ sôi và điểm tới hạn. Entanpy được tính bằng
<i>phương trình H = U + PV hay H = E + PV từ năng lượng cấu hình E hay nội </i>
<i>năng U, áp suất P và thể tích V. Entanpy của q trình bay hơi </i><i>H</i> <sub>v</sub> và nội
năng của quá trình bay hơi <i>U</i> <sub>v</sub> được đánh giá ở các điều kiện nhiệt dung
khác nhau giữa hai pha lỏng và hơi bằng các biểu thức toán <i>H</i> v <i>H</i> v <i>H</i> L
và <i>U</i> <sub>v</sub> <i>U</i> <sub>v</sub> <i>U</i> <sub>L</sub>. Sau đó entropy của q trình bay hơi được tính bằng biểu
thức sau v v
<i>H</i>
<i>S</i>
<i>T</i>
.
Điểm tới hạn được tính bằng việc khớp phi tuyến cho các dữ liệu tỷ
trọng cân bằng của các pha ở các nhiệt độ khác nhau được thể hiện trong
phương trình như sau [10], [62]:
2
L v
c <i>A T</i>c <i>T</i>
;
L v <i>B T</i> <i>T</i>c
(1.41)
Thay thế vị
trí các hạt
Thay đổi
thể tích
24
Ở đây <sub>L</sub> và <sub>v</sub> - tỷ trọng của pha lỏng và pha hơi; <sub>c</sub> - tỷ trọng tới
hạn; <i>T</i><sub>c</sub> - nhiệt độ tới hạn; - hệ số mũ tới hạn, <i> = 0,325. A và B là các tham </i>
số hiệu chỉnh. Phương trình (1.41) được giải bằng cách khớp bình phương tối
thiểu với dữ liệu cân bằng pha là tỷ trọng pha lỏng và tỷ trọng pha hơi.
Phương trình Antoine là một phương trình ba tham số thực nghiệm đơn
giản dùng để tính áp suất hơi thu được từ q trình mơ phỏng [10], [62], [68]:
ln <i>P</i> <i>A</i> <i>B</i>
<i>T</i> <i>C</i>
(1.42)
<i>Trong đó A, B, C là các hằng số Antoine; P là áp suất hơi; T là nhiệt độ. </i>
<i>Các tham số A, B, C được tham chiếu với giá trị thực nghiệm. </i>
Entanpy của quá trình bay hơi là một tham số đặc trưng biểu thị cho
lượng nhiệt năng cần thiết để làm bay hơi một mol chất. Mối quan hệ giữa áp
suất hơi, nhiệt của quá trình bay hơi và nhiệt độ được biểu thị bằng phương
1
2 1 2
1 1
ln <i>P</i> <i>H</i>v
<i>P</i> <i>R</i> <i>T</i> <i>T</i>
<sub></sub> <sub></sub>
(1.43)
<i>Ở điều kiện chuẩn P0</i>
= 0,1 MPa thì mối quan hệ này được viết lại là:
1
ln v . v
<i>o</i>
<i>P</i> <i>H</i> <i>S</i>
<i>R</i> <i>T</i> <i>R</i>
<i>P</i>
(1.44)
<i>Trong đó T1, T2 là các nhiệt độ ở áp suất tương ứng P1, P2</i>; <i>S</i>vlà
<i>entropy của quá trình bay hơi (J/ K.mol) ở P0</i>. Độ dốc và giá trị chặn lnP
tương ứng với biến 1
<i>T</i> tỉ lệ với entanpy của quá trình bay hơi và giá trị của nó
gần như khơng thay đổi ngoại trừ trong vùng tới hạn.
<b>1.6.3. Ý nghĩa thực tiễn của cân bằng lỏng-hơi </b>
25
như khơng có sự trao đổi nhiệt và chất đi qua bề mặt phân chia giữa hai pha.
Khi ở trạng thái cân bằng pha, các điều kiện sau đây phải được thỏa mãn [30]:
Cân bằng nhiệt: <i>TL</i> <i>TV</i>
Cân bằng cơ học: <i>P<sub>t L</sub></i><sub>,</sub> <i>P<sub>t V</sub></i><sub>,</sub>
Cân bằng về nồng độ: <i>C<sub>i</sub></i> <i>f</i> (<i>x<sub>i</sub></i>, ...)
<i>Trong đó: T- nhiệt độ tuyệt đối, K; Pt - áp suất tổng; Ci </i>- nồng độ phần
<i>mol của cấu tử i trong pha hơi ở trạng thái cân bằng pha; xi </i>- nồng độ phần
<i>mol của cấu tử i trong pha lỏng; L và V tương ứng với trạng thái lỏng và hơi. </i>
Cân bằng pha lỏng-hơi đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc tách
chất từ một hỗn hợp bằng phương pháp chưng cất. Ngoài ra, các dữ liệu nhiệt
động của cân bằng lỏng-hơi còn giúp cho việc thiết kế chiều cao cột chưng cất
và các đĩa lý thuyết trong tháp chưng cất.
<b>1.7. PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH </b>
Phân tích thành phần chính (Principal Components Analysis - PCA) là
một phương pháp thống kê sử dụng phép biến đổi trực giao để chuyển đổi
một tập hợp các quan sát của các biến có thể tương quan thành một tập hợp
các giá trị của các biến không tương quan tuyến tính được gọi là các thành
phần chính. Phép biến đổi này được định nghĩa theo cách sao cho thành phần
chính ban đầu có phương sai lớn nhất có thể và mỗi thành phần tiếp theo lần
lượt có phương sai cao nhất có thể theo ràng buộc rằng nó là trực giao với các
thành phần trước. Các vectơ kết quả là một tập cơ sở trực giao không tương
quan. PCA rất nhạy cảm với tỷ lệ tương đối của các biến ban đầu [39].
26
<i>Mơ hình PCA: Giả sử rằng chúng ta có một tập dữ liệu chứa n biến, </i>
1
<i>n</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>i</i>
<i>P C</i> <i>X</i>
(1.45)
<i>Thành phần chính ban đầu chứa tất cả thông tin từ n biến ban đầu và </i>
<i>sau đó tiếp tục xét thành phần chính thứ 2 được biểu diễn tuyến tính từ n biến </i>
ban đầu nhưng thành phần chính thứ 2 phải khơng có mối tương quan tuyến
tính với thành phần chính ban đầu. Về mặt lý thuyết chúng ta có thể xây dựng
nhiều thành phần chính từ nhiều biến ban đầu. Tuy nhiên, chúng ta cần tìm
được trục khơng gian sao cho ít thành phần nhất mà biểu diễn được tất cả
thông tin từ các biến ban đầu [37], [39].
<b>1.8. MẠNG THẦN KINH NHÂN TẠO </b>
<b>1.8.1. Giới thiệu về mạng thần kinh nhân tạo </b>
Các nghiên cứu về bộ não con người cho thấy rằng: bộ não con người
bao gồm khoảng 1011 nơron tham gia vào khoảng 1015 kết nối trên các đường
truyền. Mỗi đường truyền này dài khoảng hơn một mét. Các nơron có nhiều
đặc điểm chung với các tế bào khác trong cơ thể, ngồi ra chúng cịn có
những khả năng mà các tế bào khác khơng có được, đó là khả năng nhận, xử
lý và truyền các tín hiệu điện hóa trên các đường mịn nơron, các con đường
này tạo nên hệ thống giao tiếp của bộ não [19].
27
a) b)
<i><b>Hình 1.4. a) Bộ não người; b) Cấu trúc của một nơron sinh học </b></i>
Năm 1956 dự án nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo đã mở ra thời kì phát
triển mới cả trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo lẫn mạng nơron. Tác động tích cực
của nó là thúc đẩy hơn nữa sự quan tâm của các nhà khoa học về trí tuệ nhân
tạo và quá trình xử lý ở mức đơn giản của mạng nơron trong bộ não con
người.
Những năm tiếp theo việc mô phỏng các nơron đơn giản bằng cách
sử dụng rơle điện áp hoặc đèn chân không. Sau thời gian nghiên cứu này
mạng nơron đã được cài đặt trong phần cứng máy tính và được sử dụng đến
ngày nay.
28
Một mạng nơron nhân tạo được cấu hình cho một ứng dụng cụ thể
<i>thông qua một quá trình học từ tập các mẫu huấn luyện. Về bản chất học </i>
chính là quá trình hiệu chỉnh trọng số liên kết giữa các nơron trong mạng
Các ứng dụng của mạng nơron được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực
trong đó có lĩnh vực hóa học, để giải quyết các bài tốn có độ phức tạp và địi
hỏi có độ chính xác cao.
<b>1.8.2. Mơ hình mạng thần kinh nhân tạo </b>
Mặc dù mỗi nơron đơn lẻ có thể thực hiện những chức năng xử lý
thơng tin nhất định, sức mạnh của tính tốn nơron chủ yếu có được nhờ sự kết
hợp các nơron trong một kiến trúc thống nhất. Một mạng nơron là một mơ
hình tính tốn được xác định qua các tham số: kiểu nơron (như là các nút nếu
ta coi cả mạng nơron là một đồ thị), kiến trúc kết nối (sự tổ chức kết nối giữa
các nơron) và thuật toán học (thuật toán dùng để học cho mạng) [44].
<i><b>Hình 1.5. Mạng thần kinh nhân tạo </b></i>
<b>1.8.3. Các kiểu mơ hình mạng thần kinh nhân tạo </b>
Cách thức kết nối các nơron trong mạng xác định kiến trúc của mạng.
Các nơron trong mạng có thể kết nối đầy đủ tức là mỗi nơron đều được kết nối
29
với tất cả các nơron khác, hoặc kết nối cục bộ chẳng hạn chỉ kết nối giữa các
- Tự kết hợp: là mạng có các nơron đầu vào cũng là các nơron đầu ra.
- Kết hợp khác kiểu: là mạng có tập nơron đầu vào và đầu ra riêng biệt.
Ngoài ra tùy thuộc vào mạng có các kết nối ngược từ các nơron đầu ra
tới các nơron đầu vào hay không, người ta chia ra làm 2 loại kiến trúc mạng.
- Kiến trúc truyền thẳng: là kiểu kiến trúc mạng không có các kết nối
ngược trở lại từ các nơron đầu ra về các nơron đầu vào; mạng không lưu lại
các giá trị output trước và các trạng thái kích hoạt của nơron. Các mạng nơron
truyền thẳng cho phép tín hiệu di chuyển theo một đường duy nhất; từ đầu
vào tới đầu ra, đầu ra của một tầng bất kì sẽ khơng ảnh hưởng tới tầng đó.
- Kiến trúc phản hồi: là kiểu kiến trúc mạng có các kết nối từ nơron đầu
ra tới nơron đầu vào. Mạng lưu lại các trạng thái trước đó, và trạng thái tiếp
theo khơng chỉ phụ thuộc vào các tín hiệu đầu vào mà cịn phụ thuộc vào các
trạng thái trước đó của mạng [44].
<b>1.8.4. Luyện mạng </b>
Một mạng nơron được huấn luyện sao cho với một tập các vectơ đầu
vào X, mạng có khả năng tạo ra tập các vectơ đầu ra mong muốn Y của nó.
Tập X được sử dụng cho huấn luyện mạng được gọi là tập huấn luyện. Các
phần tử x thuộc X được gọi là các mẫu huấn luyện. Quá trình huấn luyện bản
chất là sự thay đổi các trọng số liên kết của mạng. Trong quá trình này, các
trọng số của mạng sẽ hội tụ dần tới các giá trị sao cho với mỗi vectơ đầu vào
x từ tập huấn luyện, mạng sẽ cho ra vectơ đầu ra như mong muốn [44].
<b>1.8.5. Ứng dụng mạng thần kinh nhân tạo </b>
30
chuyển tiếp trong đó thơng tin đầu vào ở ngoài tại các nút đầu vào được
truyền tới để tính tốn tín hiệu thơng tin đầu ra ở đầu ra, và một pha ngược
trong đó sửa đổi các cường độ kết nối được thực hiện dựa trên sự khác biệt
giữa tín hiệu thơng tin được tính tốn và quan sát được tại các điểm đầu ra.
Mạng lan truyền ngược sử dụng đào tạo có giám sát và so sánh kết quả đầu ra
của nó với các đầu ra mong muốn. Các lỗi được truyền lại qua hệ để điều
chỉnh các tham số trong mỗi lớp. Trong quá trình huấn luyện mạng, cùng một
tập hợp dữ liệu được xử lý nhiều lần vì các trọng số kết nối đã được tinh
chỉnh qua mỗi lần. Trong quá trình học, số dư giữa mơ hình đầu ra và đầu ra
mong muốn giảm và mơ hình học được mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra.
Các lỗi được truyền lại qua hệ thống để điều chỉnh các tham số trong mỗi lớp.
Trong quá trình huấn luyện mạng cho cùng một tập dữ liệu được xử lý nhiều
lần vì trọng số kết nối đã được tinh chỉnh qua mỗi lần. Trong quá trình học, số
dư giữa đầu ra của mẫu và đầu ra mong muốn giảm xuống và mẫu học được
mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra. Các quy tắc học được ghi lại để quá trình
học lặp đi lặp lại giảm thiểu được số lỗi. Cấu trúc mạng thần kinh trong
nghiên cứu này chứa một mạng lưới học ba lớp bao gồm một lớp đầu vào,
một lớp ẩn và một lớp đầu ra [3], [43].
<b>1.9. CÁC THUẬT TOÁN TỐI ƢU </b>
<b>1.9.1. Thuật toán Levenberg-Marquardt </b>
Thuật toán Levenberg-Marquardt cung cấp một giải pháp số cho bài
tốn về tổng bình phương tối thiểu của một số hàm phi tuyến phụ thuộc vào
một tập các tham số chung. Bài toán này được đưa vào khớp đồ thị bình
<i>phương tối thiểu. Giả sử rằng có m các hàm số f1, …, fm của n tham số p1, …, </i>
<i>pn với m </i><i> n có thể được viết bằng ký hiệu vectơ sau [38] </i>
1, ...,
<i>T</i>
<i>m</i>
<i>f</i> <i>f</i> <i>f</i> và <i>pT</i> (<i>p</i><sub>1</sub>, ..., <i>p<sub>n</sub></i>) (1.46)
31
2
1
( ) ( )
<i>m</i>
<i>T</i>
<i>i</i>
<i>i</i>
<i>S p</i> <i>f</i> <i>f</i> <i>f</i> <i>p</i>
<i>Cho một tập hợp các cặp dữ liệu quan sát (ti, yi) và một mơ hình c(t|p), </i>
<i>các số dư fi(p): </i>
( ) ( | )
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>f</i> <i>p</i> <i>y</i> <i>c t</i> <i>p</i> (1.48)
Đối với thuật toán Levenberg-Marquardt, cần cung cấp giá trị ban đầu
<i>cho tham số p. </i>
Thuật toán Levenberg-Marquardt hoạt động giống như phương pháp
gradient, mà hội tụ chậm, nhưng với xác suất cao; một giá trị bằng 0 làm cho
thuật toán Levenberg-Marquardt hoạt động giống như phương pháp
Gauss-Newton, nó hội tụ nhanh chóng, nhưng cũng có xu hướng thay đổi [38].
<b>1.9.2. Thuật toán di truyền </b>
Thuật toán di truyền là phương pháp tối ưu hóa tồn cục dựa trên cơ
chế lựa chọn tự nhiên được mô tả bởi di truyền học và thuyết tiến hóa Darwin.
Điều này đặc biệt hữu ích cho việc tìm kiếm các tham số rỗng, trong đó có rất
nhiều cực tiểu cục bộ. Thuật toán di truyền do Goldberg đề xuất đã được áp
dụng thành công cho mô tả một loạt các bài toán tối thiểu toàn cục. Năm
1998, bề mặt năng lượng thế được khớp với chương trình di truyền trong việc
tìm kiếm hàm rỗng do Makarov và Metiu đề xuất. Trong những năm gần đây
thuật toán di truyền đã được sử dụng để tìm ra lời giải cho nhiều bài tốn tối
ưu khơng ràng buộc [22], [32].
Giải thuật di truyền được đề xuất bởi Wiliam Ferreira. Giả sử rằng có
<i>một hàm V([a], r</i> <i>) trong một số thiết lập của điểm np </i>
<i>phương tối thiểu là để xác định các vectơ tham số [a] = [a1, a2, .., am] là giá </i>
trị nhỏ nhất của hàm số [32].
2
<i>p</i> <i>p</i>
<i>n</i> <i>n</i>
<i>p</i> <i>p</i> <i>p</i>
<i>p</i> <i>p</i>
32
Wiliam Ferreira đã thành công việc khớp các bề mặt năng lượng thế
của các hệ phản ứng bằng thuật tốn di truyền [32].
<b>1.9.3. Thuật tốn tích phân </b>
Phương pháp tính phân cầu phương Gauss là một kỹ thuật tích phân số
gần đúng. Giá trị của tích phân một chiều được tính bằng tổng các trọng số
<i>của các giá trị tích phân. Với mỗi giá trị của xi</i> thì có một trọng số liên quan,
<i>wi </i>[89]
(1.50)
<i>Các điểm xi trong khoảng [a, b] là hoành độ, và wi</i> là các trọng số.
Quy tắc một chiều cũng có thể được dùng tương tự cho các tích phân đa chiều
(1.51)
Trong nghiên cứu này, các tích phân bốn chiều của biểu thức tính hệ số
virial được giải bằng phương pháp cầu phương Gauss-Legendre [38], [89].
<b>1.10. CÁC CÔNG THỨC ĐÁNH GIÁ SAI SỐ </b>
<i>Giá trị căn bậc hai sai số bình phương trung bình RMSE, sai số tương </i>
<i>đối ARE% và sai số trung bình tương đối MARE, % [41] </i>
1 / 2
2
e x p
1
lo g lo g
<i>n</i>
<i>c a l</i>
<i>i</i>
<i>R M S E</i> <i>x</i> <i>x</i>
<i>n</i>
<sub></sub> <sub></sub>
(1.52)
e x p
e x p
1
, % 1 0 0 %
<i>n</i>
<i>c a l</i>
<i>i</i>
<i>x</i> <i>x</i>
<i>A R E</i>
<i>n</i> <i>x</i>
(1.53)
1
1 0 0
, %
o rig in p re d
o rig in
<i>n</i>
<i>i</i>
<i>x</i> <i>x</i>
<i>M A R E</i>
<i>x</i> <i>n</i>
(1.54)
Trong đó <i>x</i><sub>e x p</sub>là giá trị của thực nghiệm, <i>xc a l</i>là giá trị của tính tốn, <i>x</i>o rig inlà
giá trị ban đầu, <i>x</i><sub>p re d</sub> là giá trị của dự đoán.
1
( ) ( )
<i>b</i> <i><sub>n</sub></i>
<i>i</i> <i>i</i>
<i>i</i>
<i>a</i>
<i>f</i> <i>x d x</i> <i>w f</i> <i>x</i>
1 2
1 2
1 2 1 1
... ( , , ..., ) ...
<i>n</i>
<i>n</i>
<i>b</i>
<i>b</i> <i>b</i>
<i>n</i> <i>n</i> <i>n</i>
<i>a</i> <i>a</i> <i>a</i>
<i>f</i> <i>x</i> <i>x</i> <i>x</i> <i>d x d x</i> <sub></sub> <i>d x</i>
33
<b>Chƣơng 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU </b>
<b>2.1. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA Q TRÌNH NGHIÊN CỨU </b>
<i><b>Hình 2.1. Sơ đồ tiến trình cơng việc thực hiện </b></i>
Sơ đồ trên cho ta thấy rằng: q trình tính tốn được bắt đầu từ cấu trúc của
<i>phân tử rồi tiến hành tính năng lượng tương tác ab initio. Tiếp theo, đưa giá </i>
Đánh giá
Cấu trúc phân tử
<i>Ab initio</i>
<i>CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3) </i>
<i>Năng lượng ab initio </i>
<i>Hàm thế cặp ab initio </i>
Thuật toán Levenberg –
Marquardt, giải thuật di truyền
Đánh giá
Khớp
Khớp dữ liệu
R2
No
Tích phân cầu phương Gauss
Yes
Hệ số virial
B2(T)
Dự đốn dữ liệu
No
Yes
Mơ phỏng Monte Carlo
NVT
GEMC
Các tính chất nhiệt động
Đánh giá
Đánh giá Đánh giá
Các phương
trình trạng thái
Dữ liệu
thực nghiệm
Mơ hình
COSMO
34
trị năng lượng này vào hàm thế tương tác liên phân tử để tính các tham số của
phương trình hàm thế; kế đến các tham số này đưa vào tính hệ số virial bậc
hai để đánh giá độ tin cậy của hàm thế xây dựng. Sau đó, các tham số đưa vào
q trình mô phỏng Monte Carlo (GEMC-NVT) để xác định các giá trị nhiệt
động học. Cuối cùng, sử dụng các phương trình trạng thái, mơ hình COSMO,
mạng thần kinh nhân tạo và dữ liệu thực nghiệm để đánh giá các kết quả tính
tốn từ mơ phỏng GEMC-NVT. Các bước tiến hành tính tốn tính chất nhiệt
động học trong luận án được thể hiện ở Hình 2.1 trên.
<b>2.2. CÁC DỮ KIỆN VÀ PHẦN MỀM </b>
Để thực hiện nghiên cứu này, các cơ sở dữ liệu của phân tử được lấy từ
cơ sở dữ liệu trực tuyến NIST và các tài liệu [14], [24], [47], [75], [92].
<b>2.2.2. Phần mềm </b>
Phần mềm được sử dụng trong nghiên cứu gồm có
<b>Phần mềm </b> <b>Chức năng </b>
Gaussian 03WTM Tính tốn lượng tử, COSMO
Origin 9.0 Xây dựng biểu đồ, đồ thị và giản đồ pha
Auto2Fit 3.0 <i>Xác định các tham số hiệu chỉnh của thế ab </i>
<i>initio phù hợp cực trị toàn cục bằng giải thuật di </i>
truyền.
Mã nguồn C/C++ Khớp chính xác cực trị toàn cục bằng
Levenberg-Marquardt, tính BSSE, ngoại suy các
hàm cơ sở, hiệu chỉnh lượng tử.
Virial 1.5 (C/C++) Tính toán hệ số virial bậc hai
35
<i>ThermoC trực tuyến </i> Thực hiện tính tốn hệ số virial bậc hai và các tính
chất nhiệt động học từ phương trình trạng thái
<i><b>2.3. TÍNH TỐN NĂNG LƢỢNG AB INITIO </b></i>
<b>2.3.1. Xây dựng các cấu hình đime </b>
Trong nghiên cứu này các phân tử tuyến tính argon, nitơ, clo và cacbon
monoxit được biểu diễn dưới dạng mô hình 5-vị trí, với 2 vị trí được đặt trên
các nguyên tử C, O, N, Cl; 1 vị trí đặt tại trọng tâm (M); và 2 vị trí khác đặt ở
một nửa cách giữa các nguyên tử và trung tâm. Các phân tử được xem như
không thay đổi, độ dài liên kết của từng cặp nguyên tử C-O, N-N và Cl-Cl lần
lượt là 1,128 Å; 1,097 Å và 2,009 Å. Riêng phân tử Ar chỉ là khối cầu cho
mỗi nguyên tử độc lập.
Khi các phân tử này tuyến tính thì thế tương tác liên phân tử của chúng
<i>là một hàm khoảng cách r giữa các tâm trọng lực và 3 góc tọa độ </i>, , và
được giải thích trong các Hình 2.2a, 2.2b, 2.2c.
a)
b)
M
M
C
O
C
O
r
Ar Ar
36
<i><b>Hình 2.2. Cấu hình các đime và bốn kiểu tương tác đặc biệt </b></i>
a) Một nguyên tử; b) Phân tử đối xứng; c) Phân tử bất đối xứng
<i>Năng lượng tương tác phân tử được tính cho tất cả các giá trị của r từ 3 </i>
đến 14 Å với mỗi lần tăng là 0,2 Å; các góc , , và dao động từ 0 đến 180o
với mỗi lần tăng là 45o.
Vì việc tính tốn cho các kết quả giống nhau từ việc thay đổi các yếu tố
<i>của r, </i><i>, </i><i>, và </i> nên để làm giảm khối lượng công việc trong nghiên cứu, đầu
tiên chúng tôi chọn 4 kiểu cấu hình tương tác đặc biệt L, T, H và X cho tương
<i><b>2.3.2. Tính tốn năng lƣợng tƣơng tác ab initio </b></i>
Để thực hiện mô phỏng Monte Carlo cần xác định bề mặt thế năng
<i>tương tác phân tử. Vì vậy phương pháp tính tốn lượng tử ab initio ở mức lý </i>
thuyết CCSD(T) với các bộ hàm cơ sở của Dunning pVDZ và
<i>aug-cc-pVTZ được lựa chọn để tính tốn. Bộ hàm cơ sở giới hạn aug-cc-pV23Z được </i>
ngoại suy từ hai bộ hàm này. Các kết quả tính tốn được thực hiện theo
phương pháp hiệu chỉnh sai số siêu vị trí của bộ hàm cơ sở (BSSE) theo công
thức
37
i n t <i>A B</i> ( <i>A b</i> <i>a B</i>)
<i>E</i> <i>E</i> <i>E</i> <i>E</i>
(2.1)
<i>Trong đó EAB</i> biểu thị cho năng lượng electron tổng cộng của đime AB,
<i>EAb</i> là năng lượng của đime bao gồm 1 nguyên tử thực A và 1 nguyên tử ảo B
<i>(1 ngun tử khơng có hạt nhân và các electron nhưng có các orbitan), và EaB</i>
<i>tương tự ngược lại; Eint</i> là năng lượng tương tác. Những năng lượng electron
<i>sau đó được ngoại suy theo giới hạn của bộ hàm aug-cc-pVmZ </i>
<i>E(m) = </i><i>E(</i><i>) + cm</i>-3 (2.2)
<i>với m = 2 (cho bộ hàm cơ sở aug-cc-pVDZ) hoặc 3 (cho aug-cc-pVTZ). Nếu </i>
kết quả cho hai bộ hàm cơ sở là khả dụng thì có thể tính tốn giá trị năng
lượng cho một hàm cơ sở không giới hạn, kết quả này được gọi là
<i>aug-cc-pV23Z. </i>
<b>2.4. XÂY DỰNG CÁC HÀM THẾ TƢƠNG TÁC PHÂN TỬ </b>
38
<i><b>Hình 2.3. Sơ đồ xây dựng hàm thế tương tác phân tử </b></i>
<i><b>2.4.1. Xây dựng các hàm thế tƣơng tác ab initio </b></i>
<i>- Hàm thế Lennard-Jones tương tác ab initio 5-vị trí </i>
1 2 6
5 5
1
1 2 6
1 1 0
.
( ) 4 ( )
4
<i>i j</i> <i>i j</i> <i>i</i> <i>j</i>
<i>i j</i> <i>i j</i> <i>i j</i>
<i>i</i> <i>j</i> <i>i j</i> <i>i j</i> <i>i j</i>
<i>q q</i>
<i>u r</i> <i>f</i> <i>r</i>
<i>r</i>
<i>r</i> <i>r</i>
<sub></sub> <sub></sub>
<sub></sub> <sub></sub>
Trong đó <i>u r</i>( <i><sub>ij</sub></i>)<i><sub> là thế tương tác giữa hai nguyên tử hoặc phân tử; r (Å) </sub></i>
<i>là khoảng cách giữa các hạt i và j; </i> (<i>EH</i> ) là độ sâu của thế; (Å) là vị trí
điểm giao nhau của thế; <i>f</i><sub>1</sub>(<i>r<sub>ij</sub></i>)<sub> là một hàm Damping đặc trưng cho tương tác </sub>
<i>tĩnh điện giữa hai vị trí i và j mang điện. </i>
<i>- Hàm thế Morse tương tác ab initio 5-vị trí </i>
5 5
1 2
1 1 6 ,8 ,1 0
.
( ) ( ) ( )
4
<i>i j i j</i>
<i>i j</i>
<i>r</i> <i>i</i> <i>j</i>
<i>i j</i> <i>n</i>
<i>i j</i> <i>e</i> <i>a</i> <i>i j</i> <i>n</i> <i>i j</i>
<i>i</i> <i>j</i> <i>n</i> <i>i j</i> <i>o i j</i>
<i>q q</i>
<i>C</i>
<i>u r</i> <i>D e</i> <i>f</i> <i>r</i> <i>f</i> <i>r</i>
<i>r</i>
<i>r</i>
Với và <i>f</i><sub>2</sub>(<i>r<sub>i j</sub></i>) 1 <i>e</i><i>i j i jr</i>
1( ) 1
<i>i j i jr</i>
<i>i j</i>
<i>f</i> <i>r</i> <i>e</i>
15
)
1 ( ) (1 )
<i>ijrij</i>
<i>ij</i>
<i>a</i> <i>r</i> <i>e</i>
39
5 5
1 2
1 1 6 ,8 ,1 0 ,1 2
.
( ) ( ) ( )
4
<i>ij ij</i>
<i>i j</i>
<i>a r</i> <i>i</i> <i>j</i>
<i>i j</i> <i>n</i>
<i>ij</i> <i>e</i> <i>b</i> <i>ij</i> <i>n</i> <i>ij</i>
<i>i</i> <i>j</i> <i>n</i> <i>i j</i> <i>o ij</i>
<i>q q</i>
<i>C</i>
<i>u r</i> <i>D e</i> <i>f</i> <i>r</i> <i>f</i> <i>r</i>
<i>r</i>
<i>r</i>
Với và
Ở đây , và là các tham số hiệu chỉnh; là điện tích vị trí; là
khoảng cách giữa các vị trí; là các hệ số đẩy thuộc vùng xa; các hàm
1( <i>ij</i>)
<i>f</i> <i>r</i> và <i>f</i><sub>2</sub>(<i>r<sub>ij</sub></i>) là các hàm Damping biểu diễn quá trình tương tác hai vị trí
mang điện ở vùng xa.
<i><b>2.4.2. Xác định tham số các hàm thế ab initio </b></i>
Trong các bài tốn mơ phỏng ln tìm kiếm và chọn lựa hàm thế tương
tác phân tử phù hợp với đối tượng cần nghiên cứu; mỗi hàm thế cần có một
bộ tham số phù hợp với sự tương tác phân tử. Vì vậy trong nghiên cứu này
chúng tôi xác định bộ tham số của các hàm thế (2.3), (2.4) và (2.5) cho các
chất argon, nitơ, clo và cacbon monoxit.
Các hàm thế (2.3), (2.4) và (2.5) cùng với các bộ tham số được sử dụng
trong mô phỏng Monte Carlo để xác định cân bằng giữa pha lỏng và pha hơi
của các chất argon, nitơ, clo và cacbon monoxit. Nhưng các hàm thế cần xây
<i>dựng chính xác từ các năng lượng tương tác ab initio giữa các vị trí trong </i>
<i>phân tử. Do vậy hàm thế được khớp cho các năng lượng tương tác ab initio </i>
bằng kỹ thuật bình phương tối thiểu phi tuyến là sự kết hợp giữa giải thuật di
truyền và thuật toán Lenvenberg-Marquardt. Các bộ tham số của hàm thế
<i>tương tác liên phân tử ab initio nhận được từ quá trình khớp này. </i>
<i><b>2.4.3. Đánh giá thống kê hàm thế ab initio </b></i>
<i>Sau khi xây dựng được hàm thế tương tác liên phân tử ab initio giữa </i>
<i>các vị trí từ tính toán lượng tử ab initio bằng kỹ thuật khớp hàm thế với năng </i>
<i>lượng tương tác ab initio nhận được từ kỹ thuật tính tốn ở trên sẽ được thực </i>
hiện đánh giá trên cơ sở các hệ số virial giữa các phân tử. Các hiệu chỉnh
lượng tử bậc nhất cũng được kèm theo các tính tốn này để đánh giá khả năng
1 0
1
0
( )
( ) 1
!
<i>ij ij</i>
<i>k</i>
<i>r</i> <i>ij ij</i>
<i>ij</i>
<i>b</i>
<i>k</i>
<i>r</i>
<i>f</i> <i>r</i> <i>e</i>
<i>k</i>
<sub></sub> 2( ) 1
<i>ij ij</i>
<i>b r</i>
<i>ij</i>
<i>f</i> <i>r</i> <i>e</i>
<i>i j</i>
<i>e</i>
<i>D</i> <i><sub>i j</sub></i> <i><sub>ij</sub></i> <i>q<sub>i</sub></i>,<i>q<sub>j</sub></i> <i>r<sub>i j</sub></i>
<i>i j</i>
<i>n</i>
40
ảnh hưởng của các tương tác bán kính, tương tác quay và tịnh tiến trong hệ
phân tử.
<b>2.5. XÁC ĐỊNH HỆ SỐ VIRIAL BẬC HAI </b>
<i>Từ năng lượng tương tác ab initio của các khí Ar, N2, Cl2 và CO thu </i>
được từ q trình tính tốn ở trên, ta đưa chúng vào hàm thế tương tác liên
phân tử để tính các tham số của phương trình hàm thế; tiếp theo các tham số
này đưa vào tính hệ số virial bậc hai bằng tích phân cầu phương Gauss để
đánh giá độ tin cậy của hàm thế xây dựng. Hệ số virial bậc hai B2(T) của các
chất là tổng của hệ số virial cổ điển và hệ số virial hiệu chỉnh lượng tử. Ngoài
ra, hệ số virial bậc hai cịn được tính tốn bằng phương trình trạng thái
Deiters, phương trình trạng thái Peng-Robinson và mạng thần kinh nhân tạo.
Các bước tính tốn hệ số virial bậc hai trong luận án được thực hiện như ở
Hình 2.4
41
<i><b>2.5.1. Xác định hệ số virial bậc hai từ hàm thế ab initio </b></i>
Các hệ số virial có liên quan chặt chẽ đến các hàm thế tương tác liên
<i>phân tử ab initio bằng lý thuyết nhiệt động học thống kê. Hệ số virial bậc hai </i>
<i>phụ thuộc vào hàm thế tương tác liên phân tử ab initio. Việc tính tốn các hệ </i>
<i>số virial bậc hai từ các hàm thế tương tác ab initio là nghiêm ngặt và cần thiết </i>
<i>để đánh giá tính đúng đắn của các hàm thế tương tác ab initio xây dựng. </i>
Trong nghiên cứu này hệ số virial bậc hai cổ điển và virial bậc hai hiệu chỉnh
lượng tử được tính tốn từ các phương trình (1.30), (1.35), (1.36), (1.37),
(1.38), (1.39), (1.40). Các phương trình này được sử dụng để tính hệ số virial
bậc hai cho argon, nitơ, clo và cacbon monoxit.
<b>2.5.2. Xác định hệ số virial bậc hai từ phƣơng trình trạng thái </b>
Để thực hiện tính tốn các tính chất của cân bằng lỏng-hơi, chúng tôi sử
dụng hai phương trình trạng thái (1.32) và (1.34) đã được tích hợp trong hệ
<i>thống phần mềm ThermoC trực tuyến của nhóm Deiters để thực hiện tính tốn </i>
cho argon, nitơ, clo và cacbon monoxit.
Các bước thực hiện chính đối với hai phương trình này:
<i>-Nhập các giá trị tới hạn thực nghiệm của các đơn chất: Tc, Pc và Vc </i>
-Chọn quy tắc trộn Lorentz- Bertholet để xác định các tham số chung
cho hệ, <i><sub>i j</sub></i> <i>k</i><sub>1 ,</sub><i><sub>i j</sub></i> <i><sub>i</sub></i>, <i><sub>j</sub></i> , <i><sub>ij</sub></i> <i>k</i><sub>2 ,</sub><i><sub>ij</sub></i>(<sub>1</sub> <sub>2</sub>) / 2 với <i>k<sub>1 ,i j</sub></i> và <i>k<sub>2 ,ij</sub></i>là các hệ số
trộn
-Thực hiện khớp các giá trị này để xác định các tham số phương trình
trạng thái phù hợp với mỗi chất.
-Tính tốn các tính chất cân bằng pha đối với các hệ chất.
-Xác định cân bằng lỏng-hơi cho hệ.
<b>2.5.3. Xác định hệ số virial bậc hai từ mạng thần kinh nhân tạo </b>
42
mạng I(5)-HL(6)-O(3) được thiết lập với năm tham số PC1, PC2, PC3, PC4 và
PC5 của lớp đầu vào; sáu nút của lớp ẩn và ba tham số loga, logb và logc của
các lớp đầu ra, trong đó hàm chuyển đổi hình chữ S với thuật toán luyện
mạng Levenberg-Marquardt và các tham số luyện mạng: moment 0,7; tốc độ
<i><b>Hình 2.5. Mạng ANN- I(5)-HL(6)-O(3); ký hiệu: ○, các nơron lớp đầu </b></i>
vào, ẩn và đầu ra; ●: Các nút sai lệch chéo cho nơron lớp ẩn và lớp đầu ra.
<b>2.6. THỰC HIỆN MÔ PHỎNG CÂN BẰNG LỎNG-HƠI </b>
Các tham số hiệu chỉnh tính được từ hàm thế đưa vào q trình mơ
phỏng GEMC-NVT để xác định cấu trúc chất lỏng, giản đồ cân bằng lỏng-hơi
và các giá trị nhiệt động học cho N2 và CO. Đồng thời có sử dụng phương
trình trạng thái và mơ hình COSMO để đánh giá kết quả mô phỏng, thể hiện ở
sơ đồ sau
<i>a </i>
<i>b </i>
<i>c </i>
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
Lớp
43
<i><b>Hình 2.6. Sơ đồ mơ phỏng GEMC-NVT </b></i>
<b>2.6.1. Thực hiện mơ phỏng </b>
Trong q trình mơ phỏng GEMC các tham số được thay đổi sau mỗi
lượt mô phỏng tương ứng như sau:
<b>Các tham số mô phỏng </b> <b>Giá trị </b>
Nhiệt độ, K 298,15
Áp suất, Pa 9,3249e4
Thực hiện mô phỏng mới (0), khởi động lại (1) 0,0
Các bước thực hiện 10,0
Nhóm dữ liệu 2,0
Nhóm áp suất tính tốn 2,0
Nhóm g(r) 2,0
Khoảng tương tác lớn nhất g(r), Å 15,0
44
Tốc độ chấp nhận MC1 0,4
Tốc độ chấp nhận MC2 0,5
Hạt trao đổi 100
Giá trị cutoff sử dụng bằng 0,5 độ dài của hộp 14,0
Hệ số khoảng cách cutoff giữa các nguyên tử, Å 1,0
Hệ số năng lượng cutoff, k.T 500,0
Mô phỏng GEMC được thực hiện ở điều kiện NVT với 512 phân tử
phân bố trong hai hộp. Nhiệt độ thực hiện mô phỏng luôn nhỏ hơn nhiệt độ
tới hạn của chất lỏng đơn. Cân bằng mơ phỏng giữa hai pha cần 2.105 vịng
lặp. Tất cả mọi dịch chuyển được thực hiện ngẫu nhiên ở xác suất xác định.
Số liệu mô phỏng được đưa ra sau mỗi 1000 vịng. Mơ phỏng được thực hiện
ở tỷ trọng bằng nhau giữa hai hộp. Hệ mô phỏng được thiết lập cân bằng
khoảng 105-106 vịng lặp. Mơ phỏng GEMC thực hiện ở điều kiện không đổi,
để xác định tính chất của chất lỏng dựa vào hàm phân bố bán kính.
<b>2.6.2. Tính tốn tính chất nhiệt động cân bằng lỏng-hơi </b>
Trong phần này xác định tính chất nhiệt động như: áp suất hơi (Pv), áp
hạn (Tc), tỷ trọng hơi (v), tỷ trọng lỏng (L) của các chất N2 và CO bằng các
phương pháp khác nhau:
- Phương trình hàm thế (2.3), (2.4) và (2.5).
- Phương trình trạng thái (1.31), (1.32) và (1.34).
- Mô phỏng GEMC ở điều kiện NVT.
45
<b>2.7. TÍNH TỐN THEO MƠ HÌNH COSMO </b>
Năng lượng COSMO được tính từ cấu hình phân tử bằng phương pháp
<i>ab initio, rồi từ đó tính được bề mặt phân bố điện tích sigma để xác định các </i>
tính chất cân bằng lỏng-hơi của chất nghiên cứu như trong sơ đồ dưới đây
<i><b>Hình 2.7. Sơ đồ mơ hình COSMO </b></i>
Trong phần này tính tốn điện tích và vị trí của phần điện tích trên bề
mặt của phân tử tối ưu cấu hình sử dụng các tính tốn COSMO. Giả sử cấu
hình có năng lượng thấp khơng thay đổi từ pha khí đến pha lỏng.
<b>Lệnh </b> <b>Giá trị lệnh </b> <b>Mô tả lệnh </b>
Cosmo On Thể hiện tính solvat hóa cosmo
Cosmo_Grid_Size 1082 Cho biết số điểm lưới
Cosmo_segments 92 Cho biết phần bề mặt lớn nhất
Cosmo_solvents_Radius 1,300 Bán kính dung mơi có thể
Cosmo_Radius_Iner 0,000 Cho biết mức thay đổi của bán
kính nguyên tử sử dụng
Cosmo_RadCorr_Iner 0,150 Xây dựng hốc ngoài hiệu chỉnh
46
Hiện nay khơng thể có giả thuyết nào phù hợp hơn về sự thay đổi tính
chất cấu hình từ pha khí sang pha lỏng. Giai đoạn này thực hiện tính tốn
năng lượng để tính tốn theo mơ hình COSMO được soạn trong tập tin lệnh.
Các kết quả tính tốn nhiệt động học của các chất argon, nitơ, clo và
cacbon monoxit bằng các phương pháp khác nhau được so sánh với nhau và
so sánh với kết quả thực nghiệm.
<b>2.8. PHƢƠNG PHÁP PHIẾM HÀM MẬT ĐỘ (DFT) </b>
Trong luận án này, chúng tơi có sử dụng phương pháp phiếm hàm mật
độ để tối ưu hóa cấu trúc các phân tử. Phương pháp này dựa trên phương pháp
cơ học lượng tử mơ hình của Thomas-Fermi-Dirac và dựa trên sự tương quan
điện tử thông qua hàm mật độ điện tử. Mật độ điện tích bề mặt xung quanh
phân tử được tạo ra từ phép tính năng lượng DFT VWN-BP/DNP. Các cấu
hình sigma đơn phân tử được tạo ra từ các mật độ điện tích bề mặt này [6],
Việc tính tốn này được thực hiện bằng chương trình DMol3 ở mức lý
thuyết VWN-BP với bộ hàm cơ sở DNP. Năng lượng tương tác của các hạt là
phiếm hàm mật độ, được biểu thị là <i>E<sub>o</sub></i>(<i><sub>o</sub></i>) <i>T<sub>e</sub></i>(<i><sub>o</sub></i>) <i>E<sub>n e</sub></i>(<i><sub>o</sub></i>) <i>E<sub>e e</sub></i>(<i><sub>o</sub></i>)
trong đó <i>T<sub>e</sub></i>(<i><sub>o</sub></i>) là động năng các electron không tương tác;
( ) ( ) ( )
<i>n e</i> <i>o</i>
<i>E</i>
1 2
1 1
( ) ( ) ( ) ( )
2
<i>e e</i> <i>o</i> <i>X C</i>
<i>E</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>d r d r</i> <i>E</i>
<i>r</i>
1 2 1 2
1 2
1
(<i>r</i> ) (<i>r</i> )<i>d r d r</i>
<i>r</i>
- tương tác Coulomb và <i>E<sub>X C</sub></i>()- tương tác trao
47
<b>Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN </b>
<i><b>3.1. XÂY DỰNG BỀ MẶT THẾ TƢƠNG TÁC </b></i>
<b>3.1.1. Bề mặt thế năng của Ar </b>
<i>Trên cơ sở cấu hình được xây dựng ở Hình 2.2a, năng lượng tương tác ab </i>
<i>initio của Ar-Ar được tính bằng các bộ hàm cơ sở CCSD(T)/aug-cc-pVDZ và </i>
<i>CCSD(T)/aug-cc-pVTZ, sau đó từ cơng thức (2.2) năng lượng tương tác ab </i>
<i>initio được ngoại suy bằng bộ hàm cơ sở CCSD(T)/aug-cc-pV23Z cho Ar-Ar. </i>
Kết quả sau tính tốn được biểu diễn ở hình 3.1
<i><b>Hình 3.1. Bề mặt thế ab initio của đime Ar-Ar </b></i>
48
<b>3.1.2. Bề mặt thế năng của N2 </b>
Với cách xử lý tương tự, từ cấu hình ở Hình 2.2b, năng lượng tương tác
<i>ab initio của N</i>2-N2 được tính ở mức lý thuyết CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m =
<i>2, 3) cho bốn hướng đặc biệt, sau đó năng lượng tương tác ab initio của N2-N2 </i>
<i>được tính cho bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z sau khi ngoại suy bằng công </i>
thức (2.2) cho bốn hướng đặc biệt L, H, X và T; và kết quả thu được như
Hình 3.2.
<i><b>Hình 3.2. Bề mặt thế ab initio các cấu hình đặc biệt của đime N</b></i>2-N2
49
<b>3.1.3. Bề mặt thế năng của Cl2</b>
Trên cơ sở cấu hình được xây dựng ở Hình 2.2b thì năng lượng tương tác
<i>ab initio của Cl</i>2-Cl2 được tính ở mức CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3) cho
<i>hai hướng đặc biệt L và H. Sau đó từ cơng thức (2.2) năng lượng tương tác ab </i>
<i>initio được ngoại suy cho bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z. Kết quả thu được </i>
thể hiện trong Bảng 3.1.
<i><b>Bảng 3.1. Năng lượng tương tác ab initio của Cl</b></i>2-Cl2 cho L và H tính bằng bộ
106u/E<sub>H</sub> cho Cl<sub>2</sub>-Cl<sub>2</sub>
<i>r/Å </i><i> </i><i> </i><i> m=2 m=3 m=23 r/Å </i><i> </i><i> </i><i> m=2 m=3 m=23 </i>
4,8 0 0 0 6997,06 4169,85 2979,44 3,2 90 90 0 7905,68 5810,21 4927,90
5 0 0 0 2961,42 1427,48 781,62 3,4 90 90 0 2793,63 1536,63 1007,37
5,2 0 0 0 1211,29 304,80 -76,88 3,6 90 90 0 523,99 -324,83 -682,22
5,4 0 0 0 471,21 -111,05 -356,21 3,8 90 90 0 -405,97 -1011,28 -1266,15
5,6 0 0 0 171,24 -229,90 -398,81 4 90 90 0 -716,05 -1156,40 -1341,80
5,8 0 0 0 58,70 -232,54 -355,16 4,2 90 90 0 -752,10 -1074,80 -1210,67
6 0 0 0 22,90 -196,38 -288,71 4,4 90 90 0 -678,76 -916,46 -1016,54
6,2 0 0 0 16,34 -152,90 -224,16 4,6 90 90 0 -572,33 -748,51 -822,69
6,4 0 0 0 19,27 -113,61 -169,55 4,8 90 90 0 -466,13 -597,69 -653,08
6,6 0 0 0 23,98 -81,66 -126,14 5 90 90 0 -372,94 -471,89 -513,55
6,8 0 0 0 27,82 -56,99 -92,70 6 90 90 0 -120,53 -144,49 -154,58
7 0 0 0 30,15 -3849 -67,40 7 90 90 0 -47,94 -50,50 -51,57
8 0 0 0 26,94 0,69 -10,36 8 90 90 0 -23,55 -20,45 -19,15
9 0 0 0 18,01 6,61 1,80 9 90 90 0 -12,98 -9,33 -7,79
10 0 0 0 11,37 5,90 3,59 10 90 90 0 -7,59 -4,67 -3,44
<i>Giá trị năng lượng tương tác ab initio của Cl2-Cl2 thu được ở Bảng 3.1 </i>
50
, <i>), trong đó r được chọn có giá trị từ 4,8 Å đến 10 Å và r = 3,2 Å đến 10 Å </i>
ứng với các tọa độ góc (, , ) là (0, 0, 0) và (90, 90, 0). Hình 3.3 thể hiện
<i>các giá trị năng lượng tương tác ab initio này. </i>
<i><b>Hình 3.3. Bề mặt thế ab initio các cấu hình L và H của đime Cl</b></i>2-Cl2
<i>Kết quả biểu diễn của năng lượng tương tác ab initio của Cl2-Cl2 trong </i>
<i>Hình 3.3 cho thấy đường năng lượng tương tác ab initio dùng bộ hàm </i>
<i>CCSD(T)/aug-cc-pVDZ cao hơn năng lượng tương tác ab initio tính tốn </i>
<i>bằng bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pVTZ và CCSD(T)/aug-cc-pV23Z, nhưng </i>
<i>trong đó năng lượng tương tác ab initio của bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z </i>
cho bề mặt thế năng có cực tiểu là thấp nhất cho hai hướng đặc biệt L và H.
5 6 7 8 9 10
-500
0
500
1000
1500
2000
pVDZ
pVTZ
pV23Z
pVDZ
pVTZ
pV23Z
4 5 6 7 8 9 10
-2000
-1500
3 4 5 6 7 8 9 10
-1500
-1000
-500
0
500
51
<i>Bằng phương pháp tương tự, năng lượng tương tác ab initio của Cl</i>2-Cl2
được tính cho hai hướng đặc biệt T và X như Bảng 3.2.
<i><b>Bảng 3.2. Năng lượng tương tác ab initio của Cl</b></i>2-Cl2 cho T và X tính bằng bộ
<i>hàm CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3, 23) </i>
106u/EH cho Cl2-Cl2
<i>r/Å </i><i> </i><i> </i><i> m=2 m=3 m=23 r/Å </i><i> </i><i> </i><i> m=2 m=3 </i>
<i>m=23 </i>
3,8 90 0 0 7885,00 5198,54 4067,40 2,8 90 90 90 12447,99 9164,60 7782,12
4 90 0 0 2429,58 899,17 254,78 3 90 90 90 4713,28 2634,31 1758,96
4,2 90 0 0 -4,41 -890,19 -1263,15 3,2 90 90 90 1017,63 -361,11 -941,63
4,4 90 0 0 -966,44 -1489,21 -1709,33 3,4 90 90 90 -583,61 -1529,36 -1927,58
4,6 90 0 0 -1239,13 -1554,96 -1687,94 3,6 90 90 90 -1151,27 -1816,24 -2096,23
4,8 90 0 0 -1210,49 -1406,51 -1489,05 3,8 90 90 90 -1240,84 -1717,20 -1917,78
5 90 0 0 -1067,59 -1192,95 -1245,73 4 90 90 90 -1132,05 -1478,43 -1624,27
<i>Giá trị năng lượng tương tác ab initio của Cl2-Cl2 trong Bảng 3.2 ở trên </i>
<i>được thực hiện bằng tập tin lệnh theo khoảng cách r và các góc tọa độ (</i>, ,
<i>), trong đó r được chọn có giá trị từ 3,8 Å đến 10 Å và r = 2,8 Å đến 10 Å </i>
52
<i>Các giá trị năng lượng tương tác ab initio thu được biểu diễn ở Hình </i>
3.4.
<i><b>Hình 3.4. Bề mặt thế ab initio các cấu hình T và X của đime Cl</b></i>2-Cl2
<i>Kết quả biểu diễn năng lượng tương tác ab initio của Cl2-Cl2 trong Hình </i>
<i>3.4 cho thấy đường năng lượng tương tác ab initio dùng bộ hàm </i>
<i>CCSD(T)/aug-cc-pV23Z cho hai hướng T và X có bề mặt thế năng cực tiểu </i>
Kết hợp từ bốn cấu hình đặc biệt L, H, T và X ở trên, bề mặt thế năng
được tính cho 15 cấu hình khác nhau với 930 điểm ở các khoảng cách tương
5 6 7 8 9 10
-500
0
500
1000
1500
2000
pVDZ
pVTZ
pV23Z
pVDZ
pVTZ
pV23Z
4 5 6 7 8 9 10
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
3 4 5 6 7 8 9 10
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
pVDZ
pVTZ
53
<i>tác r từ 2,5 Å đến 10,0 Å ứng với các góc tọa độ (</i>, , ) trong không gian
của Cl2-Cl2 được biểu diễn như ở Hình 3.5.
<i><b>Hình 3.5. Bề mặt thế năng 15 cấu hình khác nhau của Cl</b></i>2-Cl2
Hình 3.5 cho chúng ta thấy rằng các vị trí và độ sâu của hàm thế cho bốn
cấu hình đime đặc biệt khác nhau gần như trùng khớp nhau trên hình. Điều
này chứng minh rằng phân tử không bị biến dạng đáng kể khi tiếp xúc với
nhau, hoặc tạo ra các dao động không mong muốn với các va chạm tốc độ
thấp.
<b>3.1.4. Bề mặt thế năng của CO </b>
54
<i><b>Hình 3.6. Bề mặt thế ab initio các cấu hình đặc biệt của đime CO-CO </b></i>
<i>Hình 3.6 cho thấy rằng năng lượng tương tác ab initio của CO bằng bộ </i>
<i>hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z cho 4 hướng L, H, X, T cũng là thấp nhất so </i>
với các bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pVDZ và CCSD(T)/aug-cc-pVTZ. Ngoài ra,
ta nhận thấy thêm rằng kết quả thu được từ Hình 3.6 ở trên thì trong 4 kiểu
cấu hình tương tác đặc biệt, kiểu cấu hình cho bề mặt thế năng có cực tiểu
thấp nhất là kiểu cấu hình T.
<i><b>Thảo luận: Từ các kết quả tính tốn năng lượng tương tác ab initio cho </b></i>
55
<i>CCSD(T)/aug-cc-pV23Z để tính tốn cho bộ tham số của các hàm thế (2.3), </i>
(2.4) và (2.5) là phù hợp.
Ngoài ra, chúng tơi cịn thực hiện tối ưu hóa độ dài liên kết N-N của phân
tử N2 và liên kết C-O của phân tử CO bằng các bộ hàm
pVDZ, pVTZ và ngoại suy cho bộ hàm
<i>CCSD(T)/aug-cc-pV23Z thì chúng tôi nhận được bảng các giá trị độ dài liên kết tương ứng thể </i>
hiện trong Bảng 3.3 và Bảng 3.4.
<i><b>Bảng 3.3. Tối ưu hóa độ dài liên kết nitơ bằng các bộ hàm khác nhau </b></i>
Nitơ
Phương pháp Liên kết N-N ARE% Tham khảo
aug-cc-pVDZ 1,121 Å 1,9091 Tính tốn
aug-cc-pVTZ 1,104 Å 0,3636 Tính tốn
<i>aug-cc-pV23Z</i> 1,097 Å 0,2727 Tính tốn
Thực nghiệm 1,100 Å [47]
<i><b>Bảng 3.4. Tối ưu hóa độ dài liên kết CO bằng các bộ hàm khác nhau </b></i>
Cacbon monoxit
Phương pháp Liên kết CO ARE% Tham khảo
aug-cc-pVDZ 1,1474 Å 1,7018 Tính tốn
aug-cc-pVTZ 1,1360 Å 0,6914 Tính tốn
<i>aug-cc-pV23Z </i> 1,1318 Å 0,3191 Tính tốn
Thực nghiệm 1,1282 Å [14], [92]
56
được ngoại suy từ CCSD(T)/aug-cc-pVDZ và CCSD(T)/aug-cc- pVTZ so với
<i>dữ liệu thực nghiệm thì giá trị ARE,% của CCSD(T)/aug-cc-pV23Z cho sai </i>
số nhỏ nhất. Điều này cũng chứng minh rằng các phân tử không bị biến dạng
đáng kể khi tiếp xúc với nhau, hoặc có thể tạo ra các dao động không mong
<i>muốn với các va chạm tốc độ thấp. Vì thế năng lượng tương tác ab initio tính </i>
<i>được từ bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z được ngoại suy cho các cấu hình </i>
<i>đặc biệt L, H, X và T khi thay đổi khoảng cách r và các góc xoay của phân tử </i>
<i>là đáng tin cậy. Vì vậy, chúng tơi sử dụng năng lượng tương tác ab initio </i>
<i>được tính từ bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z để tính các bộ tham số hàm thế </i>
(2.3), (2.4) và (2.5).
<i><b>3.2. XÂY DỰNG CÁC HÀM THẾ TƢƠNG TÁC </b></i>
<b>3.2.1. Hàm thế tƣơng tác của Ar </b>
<i>Từ kết quả năng lượng ab initio của đime này được tính tốn ở mức lý </i>
<i>thuyết CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3, 23). Sau đó đưa vào hàm thế </i>
Lennard-Jones (2.3) để tối ưu hóa các tham số , . Trong tính tốn này
chúng tơi khơng tính tác động của hàm Damping vào hàm
thế (2.3). Kết quả thu được sau tính tốn thể hiện ở Bảng 3.5.
<i><b>Bảng 3.5. Tối ưu hóa các tham số của hàm thế (2.3) cho đime Ar-Ar; </b></i>
với điện tích nguyên tử của Ar: qAr = 0,000
Các tham số được tối ưu của đime Ar-Ar
<i>Năng lượng ab initio </i> <sub></sub><sub>/ Å</sub> <sub></sub><i><sub>/EH</sub></i>
aug-cc-pVDZ 3,64305 192,62175
aug-cc-pVTZ 3,48208 309,77526
<i>aug-cc-pV23Z</i> 3,42641 365,70940
Tham khảo 3,42 372 [24]
1( ) 1
<i>i j i jr</i>
<i>i j</i>
57
Kết quả của Bảng 3.5 cho thấy rằng giá trị bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu
<i> và </i><i><b> khi tính bằng các bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3, 23) cho </b></i>
kết quả so với dữ liệu thực nghiệm là khác biệt không lớn, đặc biệt trong đó
<i>bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z là gần với giá trị thực nghiệm nhất. Vì vậy, </i>
các giá trị của bộ tham số <i> và </i><b> thu được trong tính toán này là đáng tin </b>
<b>cậy. </b>
Trong đó, các tham số tính tốn được hiệu chỉnh tối ưu bằng kỹ thuật
bình phương tối thiểu phi tuyến để khớp với năng lượng bề mặt thế tương tác
<i>liên phân tử ab initio. Quá trình khớp này được thực hiện bằng kết hợp giải </i>
thuật di truyền và thuật toán Levenberg-Marquardt. Hình 3.7 là kết quả sau
<i>khi khớp năng lượng ab initio. </i>
<i><b>Hình 3.7. Mối quan hệ tương quan của năng lượng ab initio với năng lượng </b></i>
khớp từ hàm thế (2.3) của Ar-Ar
58
<b>3.2.2. Hàm thế tƣơng tác của N2</b>
<i>Năng lượng ab initio của đime N</i>2-N2 được tính ở mức lý thuyết
<i>CCSD(T)/aug-cc-pVmZ (m = 2, 3, 23) (xem Bảng 1 của phần phụ lục) được </i>
sử dụng để khớp cho hàm thế Lennard-Jones 5-vị trí (2.3). Bộ tham số , , <i> </i>
hiệu chỉnh tối ưu thu được từ kỹ thuật khớp bình phương tối thiểu phi tuyến là
sự kết hợp giải thuật di truyền và thuật toán Levenberg-Marquardt. Các giá trị
<i><b>Bảng 3.6. Tối ưu hóa các tham số của hàm thế (2.3) cho các tương tác </b></i>
của N2-N2; điện tích nguyên tử qN = 0,0; qA/e = -0,0785; qM = -2qA. EH năng
lượng Hartree.
Các tương tác Å / Å-1
N-N 6,03880103 3,70241 2,85113
N-A -2,54814103 3,42178 2,41434
N-M 2,05090103 4,50124 2,17703
A-A -4,85629103 4,30154 3,04527
A-M 2,00836103 4,26305 2,83394
M-M -1,21128103 4,59863 3,12889
Bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu , , của mỗi cặp tương tác này sẽ
được sử dụng để tính hệ số virial bậc hai cho nitơ ở các nhiệt độ khác nhau.
59
<i><b>Bảng 3.7. Tối ưu hóa các tham số của hàm thế (2.4) cho các tương tác </b></i>
của N2-N2; chọn ij = 2,0Å-1 được giả định; qN = 0,0; qA/e = 0,0785; qM =
-2qA; EH năng lượng Hartree.
Tương
tác D<sub>e</sub>/E<sub>H</sub> <i>α/ Å</i>-1 <i>β/ Å</i>-1 (C<sub>6</sub>/ E<sub>H</sub>) Å6 (C<sub>8</sub>/ E<sub>H</sub>) Å8 (C<sub>10</sub>/ E<sub>H</sub>) Å10
N-N 8,031×102 2,544 -2,413 -6,748×102 -5,092×103 2,801×103
N-A -2,443×104 3,971 6,479 -1,035×104 5,657×104 -3,315×104
N-M 9,773×104 3,890 -1,061 2,357×104 -1,968×105 9,897×104
A-A -3,738×103 2,601 5,701 7,743×103 6,132×103 7,739×103
A-M 2,776×103 2,898 -6,953 -7,366×102 6,722×103 -3,054×104
M-M -2,535×104 3,752 8,308 7,766×102 -7,083×103 8,569×104
Kết quả ở Bảng 3.7 là giá trị bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu De, , , C6,
C8, C10 của mỗi cặp tương tác tính tốn từ hàm thế Morse 5-vị trí (2.4). Các
giá trị này được sử dụng cho mô phỏng GEMC-NVT để tính tốn các giá trị
nhiệt động của N2.
<b>3.2.3. Hàm thế tƣơng tác của Cl2</b>
<i>Từ cấu trúc xây dựng của hình 2.2b, năng lượng tương tác ab initio của </i>
Cl2-Cl2 được sử dụng khớp hàm thế Morse 5-vị trí (2.4) để xác định bộ tham
số hiệu chỉnh tối ưu. Sau đó các tham số này được hiệu chỉnh tối ưu bằng kỹ
thuật khớp bình phương tối thiểu phi tuyến là sự kết hợp giải thuật di truyền
và thuật toán Levenberg-Marquardt. Kết quả thu được thể hiện trong Bảng 3.8
<i><b>Bảng 3.8. Các tham số tối ưu của hàm thế (2.4) cho các tương tác Cl</b></i>2-Cl2;
chọn ij = 2,0Å
-1
được giả định. Điện tích riêng đối với phân tử Cl2<i>: q</i>Cl = 0;
<i>q</i>N/e = 0,0783; qM = -2qN; EH năng lượng Hartree.
Tương
tác De/EH <i>a/ Å</i>-1 <i>b/ Å</i>-1 (C6/ EH) Å6 (C8/ EH) Å8
(C10/ EH)
Å10
Cl-Cl -1,300.100 1,360 -0,081 -2,576.100 1,426.101 -3,503.101
60
Cl-M 2,780.100 1,070 -2,074 1,090.102 -6,449.102 1,198.103
N-N 3,192.101 1,951 -0,689 1,743.102 -9,437.102 1,556.103
N-M -1,620.101 1,979 -0,342 -1,222.102 7,723.102 -1,049.103
M-M -4,245.101 1,096 -1,479 -1,278.102 4,217.102 -1,685.103
Bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu De, , , C6, C8, C10 thu được ở Bảng 3.8
là giá trị các tham số của hàm thế Morse 5-vị trí (2.4) cho mỗi cặp tương tác.
Các giá trị này được sử dụng cho mô phỏng GEMC-NVT để tính tốn các giá
Mặt khác, cũng bằng phương pháp hiệu chỉnh tối ưu kết hợp với kỹ
thuật khớp bình phương tối thiểu phi tuyến cho các tham số của hàm thế
Morse 5-vị trí (2.5) ta thu được kết quả các giá trị như trong Bảng 3.9.
<i><b>Bảng 3.9. Các tham số tối ưu của hàm thế (2.5) cho các tương tác Cl</b></i>
2-Cl2; chọn ij = 5,0Å-1 được giả định. Điện tích riêng đối với phân tử Cl2: qCl =
<i>0; qN/e = 0,0783; qM = -2qN; EH năng lượng Hartree. </i>
Tương
tác D<sub>e</sub>/E<sub>H</sub> <i>a/ Å</i>-1<i> b/ Å</i>-1 (C<sub>6</sub>/ E<sub>H</sub>) Å6 (C<sub>8</sub>/ E<sub>H</sub>) Å8
(C10/ EH)
Å10
(C12/ EH)
Å12
Cl-Cl 3,046.101 2,520 -0,225 5,047.101 -2,794.101 3,642.102 -2,116.102
Cl-N -2,781.101 2,269 -0,043 -1,703.102 3,353.102 -1,500.103 1,537.103
Cl-M 6,524.101 2,938 0,280 1,448.102 -1,240.102 2,068.103 -2,185.103
N-N 5,116.101 2,141 -0,255 3,163.102 -2,657.102 -2,259.102 1,404.103
N-M -4,467.101 2,852 0,128 -1,909.102 -6,620.102 5,222.103 -8,645.103
M-M -2,554.101 1,981 -0,034 -6,141.101 2,261.103 -1,624.104 2,434.104
Kết quả từ Bảng 3.9 là bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu De, a, b, C6, C8,
C10, C12 của hàm thế Morse 5-vị trí (2.5) cho mỗi cặp tương tác. Các giá trị
này được sử dụng cho mơ phỏng GEMC-NVT để tính tốn các giá trị nhiệt
61
<i>Các quá trình khớp năng lượng tương tác ab initio trong kết quả Bảng </i>
3.8 và 3.9 ở trên được thực hiện cũng bằng hai bước. Khi thực hiện khớp dữ
liệu thì cực trị toàn cục được định vị bằng một thuật tốn tiến hóa vi phân trên
cơ sở giải thuật di truyền để nhận được các tham số khởi đầu, và sau đó là các
tham số này được tối ưu hóa tiếp bằng thuật tốn Levenberg-Marquardt. Các
tham số của hàm thế (2.4) và (2.5) được tính tốn cho từng tương tác. Tuy quá
<i>trình khớp các hàm thế cho các giá trị năng lượng tương tác ab initio là rất </i>
khó khăn, bởi vì các hàm của tập hợp 930 điểm là một bài tốn khớp có nhiều
<i>cực trị địa phương, nhưng giá trị của các hệ số tương quan (R</i>2) sau khi khớp
với các hàm thế (2.4) và (2.5) thể hiện trong Hình 3.8a và 3.8b là rất tốt. Sự
<i>khác biệt giữa các giá trị năng lượng khớp và năng lượng tương tác ab initio </i>
là không đáng kể đối với 930 điểm năng lượng khảo sát.
<i><b>Hình 3.8. Tương quan giữa năng lượng ab initio và năng lượng khớp của clo </b></i>
theo: a) hàm thế (2.4); b) hàm thế (2.5).
Ký hiệu: <i>: năng lượng ab initio; </i><b>: năng lượng khớp </b>
Kết quả thể hiện trên Hình 3.8a và 3.8b cho thấy rằng mối tương quan
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
a)
Năng
lượng khớp,
<i>E</i>
(
H)
<i>Năng lượng ab initio, E(</i>H)
R2<sub> = 0.999978</sub>
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
-200
b) <i><sub>Năng lượng ab initio, E(</sub></i><sub>H)</sub>
Năng
lượng khớp,
<i>E</i>
(
H)
62
(2.4) và (2.5) là tương thích hồn tồn với nhau. Do đó có thể đánh giá rằng
kết quả tính tốn bộ tham số từ các hàm thế (2.4) và (2.5) là rất đáng tin cậy.
<b>3.2.4. Hàm thế tƣơng tác của CO </b>
<i>Với cách xử lý tương tự cho đime CO-CO, năng lượng ab initio được </i>
lục) được sử dụng để hiệu chỉnh tối ưu cho bộ tham số , , <i> trong hàm thế </i>
Lennard-Jones 5-vị trí (2.3) bằng kỹ thuật bình phương tối thiểu phi tuyến
khớp với năng lượng bề mặt thế tương tác. Kết quả sau quá trình này được thể
hiện trong Bảng 3.10.
<i><b>Bảng 3.10. Tối ưu hóa các tham số hàm thế (2.3) cho CO-CO; điện tích </b></i>
của qN = 0,288; qA/e = -0,288; qM = 2qA; EH năng lượng Hartree.
Các tương tác Å / Å-1
O-O 8,30828103 4,01587 1,23734
O-A -7,92058103 5,44554 8,59447
O-M -7,41641103 1,30102 1,17546
O-N -6,74762103 1,99607 1,91608
O-C -1,03540103 6,84265 9,45690
A-A 2,35691103 1,42979 4,46329
A-M 7,74247103 2,65758 3,91091
A-N -7,36597103 9,50862 3,61241
A-C 7,76582103 4,94311 3,30443
M-M -1,09881103 1,29411 4,49248
M-N -1,26157103 7,18785 4,42874
M-C -5,09211103 1,15666 4,20080
N-N 5,65726103 1,12357 4,71344
N-C -1,96816103 9,54075 1,57037
63
Bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu , , của từng cặp tương tác sẽ được
sử dụng để tính hệ số virial bậc hai cho cacbon monoxit ở các nhiệt độ khác
nhau.
Các tham số hiệu chỉnh tối ưu của hàm thế Lennard-Jones 5-vị trí (2.3)
được đánh giá bằng kỹ thuật bình phương tối thiểu phi tuyến khớp với năng
<i>lượng bề mặt thế tương tác nói ở trên được thể hiện trong Hình 3.9. </i>
<i><b>Hình 3.9. Mối quan hệ tương quan của năng lượng ab initio với năng lượng </b></i>
khớp từ hàm thế (2.3) của CO-CO
<i>Sự tương quan sau quá trình khớp giữa năng lượng ab initio và năng </i>
<i>lượng ab initio khớp trong Hình 3.9 đã được thực hiện bằng sự kết hợp giữa </i>
giải thuật di truyền và thuật toán Levenberg-Marquardt.
64
<i><b>Bảng 3.11. Các tham số tối ưu của hàm thế (2.4) cho các tương tác của </b></i>
CO-CO; chọn ij = 2,0Å-1<i> được giả định; EH năng lượng Hartree. </i>
Tương
tác D<sub>e</sub>/E<sub>H</sub> <i>α/ Å</i>-1 <i>β/ Å</i>-1 (C<sub>6</sub>/ E<sub>H</sub>) Å6 (C<sub>8</sub>/ E<sub>H</sub>) Å8 (C<sub>10</sub>/ E<sub>H</sub>) Å10
O-O 1,023×101 1,832 10,523 4,785×102 -2,591×103 4,945×103
O-A 2,680×100 1,473 -2,100 6,559×101 -2,799×102 9,257×102
O-M -8,881×10-1 1,497 5,168 -1,609×102 1,497×103 -4,236×103
O-N -2,131×101 2,533 0,403 8,781×102 -2,752×103 1,201×103
O-C 1,251×101 1,670 1,675 -3,830×102 4,268×103 -1,087×104
A-A -3,407×100 1,709 2,697 6,326×102 7,776×103 -3,481×104
A-M -3,103×10-1 1,381 0,953 -2,332×102 -2,804×102 3,090×103
A-N 2,458×104 5,415 0,210 -1,227×103 6,422×103 -1,170×104
A-C 3,503×100 2,591 0,485 8,651×102 -1,369×104 4,118×104
M-M 3,660×101 1,901 2,906 -2,142×103 6,111×103 -1,087×103
M-N -1,214×103 3,850 1,335 3,851×102 2,335×103 -1,118×104
M-C 1,635×103 3,391 1,618 4,852×102 -4,577×103 1,154×104
N-N -1,877×101 1,917 0,308 3,153×103 -1,606×104 2,806×104
N-C -2,468×101 1,772 3,222 -2,679×101 -6,220×102 1,312×103
C-C 7,176×100 2,067 2,088 -1,447×103 1,564×104 -4,352×103
Kết quả thu được ở Bảng 3.11 là giá trị bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu
De, , , C6, C8, C10 của từng cặp tương tác tính tốn từ hàm thế Morse 5-vị
trí (2.4). Các giá trị này được sử dụng cho mô phỏng GEMC-NVT để tính
tốn các giá trị nhiệt động của CO.
65
<i><b>Hình 3.10. Tương quan năng lượng ab initio khớp và ab initio bằng hàm </b></i>
thế (2.4) của CO-CO. Ký hiệu: <i>: năng lượng ab initio; </i><i><b>: năng lượng ab </b></i>
<i>initio khớp </i>
<i>Sự khác biệt giữa các giá trị năng lượng ab initio khớp và giá trị năng </i>
<i>lượng tương tác ab initio trong Hình 3.10 là khơng đáng kể đối với 780 điểm </i>
năng lượng khảo sát. Điều này có nghĩa là các tham số hiệu chỉnh tối ưu thu
được từ hàm thế (2.4) là tin cậy sử dụng cho q trình mơ phỏng
GEMC-NVT.
<i><b>Thảo luận: Năng lượng tương tác ab initio sử dụng khớp các hàm thế </b></i>
(2.3), (2.4) và (2.5) để xác định các bộ tham số hiệu chỉnh tối ưu đều cho kết
<i>quả tốt sau khi khớp năng lượng ab initio bằng giải thuật di truyền và thuật </i>
tốn Levenberg-Marquardt. Vì vậy, các hàm thế (2.3), (2.4) và (2.5) được xây
dựng trong nghiên cứu này đều đáng tin cậy cùng bộ tham số đặc trưng cho
các chất.
Nă
ng
lư
ợn
g
kh
ớp
,
66
<b>3.3. HỆ SỐ VIRIAL BẬC HAI </b>
<b>3.3.1. Xác định hệ số virial bậc hai từ hàm thế và phƣơng trình trạng thái </b>
<i>3.3.1.1. Hệ số virial bậc hai của Ar </i>
Các hệ số virial được liên kết chặt chẽ với các thế tương tác phân tử và
chỉ phụ thuộc vào phương trình hàm thế. Nhưng vì argon chỉ là một khối cầu
nên hệ số virial bậc hai B2(T) của Ar-Ar ở các nhiệt độ khác nhau, được tính
theo phương trình (1.30) từ bộ tham số thu được của hàm thế (2.3) ở trên.
Ngoài ra, hệ số virial bậc hai B2(T) của Ar-Ar cịn được tính theo phương
trình (1.31). Tất cả các giá trị này được biểu diễn trong Hình 3.11.
50 100 150 200 250 300 350 400
-280
-240
-200
-160
-120
-80
-40
0
40
B 2
<i>(T</i>
)/c
m
3 mol
-1
<i>T/K</i>
B<sub>2</sub><i>(T)-TN</i>
B<sub>2</sub><i>(T)-pV23Z</i>
B2<i>(T)-Ptr.(1.31)</i>
<i><b>Hình 3.11. Hệ số virial bậc hai B</b></i>2(T) của argon.
67
<i>3.3.1.2. Hệ số virial bậc hai của N2 </i>
<i>Hệ số virial bậc hai khơng những được tính từ hàm thế tương tác ab initio </i>
(2.3) và (2.4) mà cịn có thể được tính bằng phương trình (1.32) cho hệ N2-N2.
<i>Vì thế sau quá trình khớp năng lượng ab initio, các giá trị của tham số được </i>
xác định từ hàm thế (2.3) và (2.4) cho các tương tác của đime N2-N2 được đưa
vào các phương trình (1.35), (1.36), (1.37), (1.38), (1.39), (1.40) để tính hệ số
virial bậc hai B2(T) ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả thể hiện trong Hình
3.12.
Từ Hình 3.12 kết luận được rằng hệ số virial bậc hai B2(T) tính từ bộ
tham số các hàm thế (2.3) và (2.4) phát triển cho hệ đime N2-N2 ở mức lý
<i>thuyết CCSD(T)/aug-cc-pV23Z phù hợp tốt với phương pháp tính bằng </i>
phương trình (1.32), B2,EOS (T) và dữ liệu thực nghiệm. Hệ số virial bậc hai
tính được cho N2 là đáng tin cậy.
0 100 200 300 400 500
-200
-150
-100
-50
0
-3
B<sub>2, </sub><sub>TN</sub>
B<sub>2, </sub><sub>pV23Z, ptr.(2.4)</sub>
B<sub>2, </sub><sub>pV23Z, ptr.(2.3)</sub>
B<sub>2,</sub><sub>EOS</sub>
68
<i>3.3.1.3. Hệ số virial bậc hai của Cl2 </i>
Hệ số virial bậc hai cho hệ Cl2-Cl2 cũng được tính bằng các phương trình
(1.35), (1.36), (1.37), (1.38), (1.39), (1.40) từ bộ tham số của hàm thế (2.4) và
(2.5) ở các nhiệt độ khác nhau. Các giá trị hệ số virial bậc hai ở các nhiệt độ
khác nhau từ các phương pháp xác định khác nhau và dữ liệu thực nghiệm
được thể hiện trong Bảng 3.12.
<i><b>Bảng 3.12. Hệ số virial bậc hai B</b></i>2(T) của Cl2 thu được từ hàm thế (2.4),
(2.5), D-EOS (1.34) và dữ liệu thực nghiệm (TN).
T/K Phương
pháp B0cl B1<sub>r</sub> B1<sub>aI</sub> B1aµ B<sub>2</sub>(T)
Tham
khảo
260 Ptr (2.4) -352,494 0,0011 0,0047 0,0033 -352,485 Tính tốn
260 Ptr (2.5) -418,790 0,0025 0,0019 0,0084 -418,778 Tính tốn
260 D-EOS -435,772 [39]
260 TN -453,200 [61]
280 Ptr (2.4) -285,705 0,0068 0,0042 0,0053 -285,689 Tính tốn
280 Ptr (2.5) -340,582 0,0052 0,0013 0,0029 -340,573 Tính tốn
280 D-EOS -367,859 [39]
280 TN -390,000 [61]
300 Ptr (2.4) -234,297 0,0029 0,0016 0,0078 -234,285 Tính tốn
300 Ptr (2.5) -280,949 0,0058 0,0002 0,0009 -280,942 Tính tốn
300 D-EOS -314,881 [39]
300 TN -336,000 [61]
320 Ptr (2.4) -194,030 0,0088 0,0046 0,0061 -194,010 Tính tốn
320 Ptr (2.5) -234,646 0,0026 0,0043 0,0078 -234,631 Tính tốn
320 D-EOS -272,582 [39]
320 TN -293,400 [61]
340 Ptr (2.4) -162,001 0,0078 0,0037 0,0021 -161,987 Tính tốn
340 Ptr (2.5) -198,118 0,0033 0,0013 0,0070 -198,107 Tính tốn
340 D-EOS -238,144 [39]
340 TN -258,100 [61]
360 Ptr (2.4) -136,180 0,0034 0,0071 0,0022 -136,167 Tính tốn
360 Ptr (2.5) -168,897 0,0031 0,0090 0,0088 -168,876 Tính tốn
69
360 TN -231,900 [61]
380 Ptr (2.4) -115,112 0,0004 0,0013 0,0032 -115,107 Tính tốn
380 Ptr (2.5) -145,229 0,0093 0,0037 0,0022 -145,213 Tính tốn
380 D-EOS -185,698 [39]
380 TN -206,600 [61]
400 Ptr (2.4) -97,737 0,0099 0,0043 0,0086 -97,714 Tính tốn
400 Ptr (2.5) -125,843 0,0084 0,0017 0,0023 -125,831 Tính toán
400 D-EOS -165,347 [39]
400 TN -184,500 [61]
420 Ptr (2.4) -83,268 0,0005 0,0061 0,0071 -83,254 Tính tốn
420 Ptr (2.5) -109,806 0,0090 0,0085 0,0090 -109,779 Tính tốn
420 D-EOS -147,857 [39]
420 TN -165,500 [61]
440 Ptr (2.4) -71,113 0,0055 0,0052 0,0022 -71,101 Tính tốn
440 Ptr (2.5) -96,418 0,0064 0,0074 0,0055 -96,399 Tính toán
440 D-EOS -132,680 [39]
440 TN -147,900 [61]
480 Ptr (2.4) -52,045 0,0052 0,0005 0,0039 -52,035 Tính tốn
480 Ptr (2.5) -75,594 0,0060 0,0097 0,0015 -75,577 Tính tốn
480 D-EOS -107,688 [39]
482,18 TN -110,800 [61]
520 Ptr (2.4) -38,000 0,0034 0,0039 0,0072 -37,985 Tính toán
520 Ptr (2.5) -60,423 0,0092 0,0034 0,0089 -60,402 Tính tốn
520 D-EOS -88,005 [39]
540 Ptr (2.4) -32,345 0,0021 0,0017 0,0091 -32,332 Tính tốn
540 Ptr (2.5) -54,363 0,0069 0,0047 0,0039 -54,348 Tính tốn
540 D-EOS -79,664 [39]
576 TN -69,300 [61]
580 Ptr (2.4) -23,074 0,0002 0,0061 0,0006 -23,067 Tính tốn
580 Ptr (2.5) -44,497 0,0078 0,0047 0,0096 -44,475 Tính tốn
580 D-EOS -65,303 [39]
620 Ptr (2.4) -15,874 0,0087 0,0082 0,0018 -15,855 Tính tốn
620 Ptr (2.5) -36,904 0,0087 0,0082 0,0018 -36,886 Tính tốn
620 D-EOS -53,394 [39]
660 Ptr (2.4) -10,189 0,0077 0,0015 0,0087 -10,171 Tính tốn
660 Ptr (2.5) -30,961 0,0077 0,0015 0,0087 -30,943 Tính tốn
70
Các giá trị thực nghiệm hệ số virial B2(T) của Cl2 so với các kết quả
tính tốn trong Bảng 3.12 cho thấy các giá trị tính tốn thu được từ hàm thế
(2.5) cho kết quả tốt hơn so với các giá trị tính tốn thu được từ hàm thế (2.4)
bởi vì hàm thế (2.4) đơn giản hơn hàm thế (2.5). Nhưng sự khác biệt này
không ảnh hưởng nhiều đến kết quả tính tốn cho q trình mơ phỏng
GEMC-NVT. Quan trọng hơn là dự đốn chính xác các hệ số virial bậc hai từ
<i>một hàm thế ab initio mà không cần đến dữ liệu thực nghiệm. Phương pháp lý </i>
thuyết CCSD(T) được áp dụng cho các bộ hàm aug-cc-pVDZ và aug-cc-
<i>pVTZ, và sau đó ngoại suy với bộ hàm aug-cc-pV23Z, rõ ràng là có thể tạo ra </i>
682 TN -39,860 [61]
700 Ptr (2.4) -5,637 0,0059 0,0068 0,0012 -5,623 Tính tốn
700 Ptr (2.5) -26,238 0,0059 0,0068 0,0012 -26,224 Tính toán
700 D-EOS -34,815 [39]
740 Ptr (2.4) -1,944 0,0053 0,0082 0,0063 -1,924 Tính tốn
740 Ptr (2.5) -22,436 0,0047 0,0035 0,0096 -22,418 Tính tốn
740 D-EOS -27,440 [39]
780 Ptr (2.4) 1,085 0,0063 0,0006 0,0005 1,093 Tính tốn
780 Ptr (2.5) -19,339 0,0068 0,0042 0,0053 -19,323 Tính toán
780 D-EOS -21,017 [39]
781,68 TN -30,500 [61]
800 Ptr (2.4) 2,398 0,0058 0,0085 0,0058 2,418 Tính tốn
800 Ptr (2.5) -18,004 0,0029 0,0016 0,0078 -17,992 Tính tốn
800 D-EOS -18,107 [39]
71
<i><b>Hình 3.13. Hệ số virial bậc hai của hệ Cl</b></i>2 tính bằng phương trình (1.34)
được so sánh với các hàm thế (2.4)-(a), (2.5)-(b) và dữ liệu thực nghiệm.
Hình 3.13b cho thấy rằng các giá trị tính tốn theo aug-cc-pV23Z [hàm
thế (2.5)] phù hợp tốt với giá trị tính tốn từ phương trình (1.34) và giá trị
thực nghiệm. Riêng kết quả tính theo aug-cc-pV23Z [hàm thế (2.4)] ở Hình
3.13a thì giá trị thu được có sự sai lệch với phương trình (1.34) và thực
nghiệm nhiều hơn so với hàm thế (2.5) ở Hình 3.13b. Điều này khơng ảnh
hưởng đến kết quả của q trình mơ phỏng GEMC-NVT.
<i>3.3.1.4. Hệ số virial bậc hai của CO </i>
Với cách tính hệ số virial tương tự như của nitơ, hệ số virial bậc hai cho
đime CO-CO được tính bằng các phương trình (1.35), (1.36), (1.37), (1.38),
(1.39), (1.40) sau khi nhận các bộ tham số từ các hàm thế (2.3) và (2.4) ở trên.
Mặt khác, hệ số virial bậc hai cũng được tính từ phương trình (1.32), B2,EOS
(T) ở các nhiệt độ khác nhau. Các kết quả tính tốn này thể hiện trong Hình
3.14.
100 200 300 400 500 600 700 800 900
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
100 200 300 400 500 600 700 800 900
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
b)
<i>B</i>2
<i>(T</i>
)/c
m
aug-cc-pV23Z
○ D-EOS
TN
----aug-cc-pVDZ
…..aug-cc-pVTZ
aug-cc-pV23Z
○ D-EOS
72
Từ Hình 3.14 kết luận rằng hệ số virial bậc hai tính từ bộ hàm
<i>CCSD(T)/aug-cc-pV23Z phù hợp tốt với phương pháp tính bằng phương trình </i>
(1.32), B2,EOS (T) và dữ liệu thực nghiệm. Điều này cũng chứng minh cho tính
đúng đắn của việc xây dựng các hàm thế (2.3) và (2.4) để tính tốn hệ số
virial bậc hai cho các chất trong nghiên cứu này.
<b>Thảo luận: Các bộ tham số được tính từ các hàm thế (2.3), (2.4) và (2.5) </b>
được sử dụng để tính hệ số virial bậc hai cho các chất đều cho kết quả tốt so
với dữ liệu thực nghiệm. Ngoài ra, khi sử dụng các phương trình (1.31),
(1.32) và (1.34) để đánh giá kết quả tính tốn hệ số virial bậc hai từ các hàm
thế (2.3), (2.4) và (2.5), chúng tôi nhận thấy rằng kết quả giá trị virial bậc hai
tính tốn khơng có sự sai biệt nhiều với nhau và với dữ liệu thực nghiệm.
0 100 200 300 400 500 600
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
-3
B
2, TN
B<sub>2, </sub><sub>pV23Z, ptr.(2.4)</sub>
B
2, pV23Z, ptr.(2.3)
B<sub>2, </sub><sub>EOS</sub>
73
<b>3.3.2. Xác định hệ số virial bậc hai từ mạng thần kinh nhân tạo </b>
Ngồi ra, hệ số virial bậc hai cịn có thể được tính từ mạng thần kinh nhân
tạo bằng kiến trúc mạng có dạng như Hình 2.5. Các bộ tham số tới hạn quan
<i>trọng Pc, Vc, Tc, TL và TU</i> của các chất được lựa chọn và các hệ số thực nghiệm
trong phương trình (1.31) được dùng cho xây dựng mạng thần kinh nhân tạo,
được thể hiện trong Bảng 3.13. Các tham số này cũng phụ thuộc nhiều vào
đặc tính của nhau. Do đó, chúng tơi thực hiện chuyển các tham số tới hạn
sang dạng các thành phần chính PCn (n = 1 - 5) bằng cách sử dụng kỹ thuật
phân tích thành phần chính tương ứng. Ngồi ra chúng tơi cũng chuyển các hệ
<i>số của phương trình virial sang dạng log(x) (với x = a, b hoặc c). Những tham </i>
số này được sử dụng để xây dựng mạng thần kinh nhân tạo.
Các dữ liệu trong Bảng 3.13, được chia thành dữ liệu luyện mạng gồm dữ
liệu của các chất bao gồm argon, nitơ, clo và cacbon monoxit.
<i><b>Bảng 3.13. Dữ liệu ban đầu của các tính chất tới hạn P</b></i>c, Vc, Tc, TL và TU,
<i>và hệ số a, b và c [14], [92]. </i>
Các hợp
chất <i>P</i>c <i>V</i>c <i>T</i>c <i>T</i>L <i>T</i>U <i>a </i> <i>b </i> <i>c </i>
NH<sub>3</sub> 11,35 72,50 405,50 273,00 573,00 44,30 23,60 766,60
CS<sub>2</sub> 7,90 173,00 552,00 280,00 430,00 211,00 167,10 538,70
N2O 7,25 97,40 309,60 200,00 423,00 180,70 114,80 305,40
74
NO 6,48 57,70 180,00 122,00 311,00 15,90 11,00 372,30
O2 5,04 73,40 154,60 90,00 400,00 152,80 117,00 108,80
SO2 7,88 122,00 430,80 265,00 473,00 134,40 72,50 606,50
SF<sub>6</sub> 3,77 199,00 318,70 200,00 525,00 422,10 281,30 273,50
UF<sub>6</sub> 4,66 250,00 505,80 321,00 469,00 540,50 380,90 445,00
H2O 22,06 56,00 647,10 293,00 1248,00 33,00 15,20 1300,70
Xe 5,84 118,00 289,70 160,00 650,00 245,60 190,90 200,20
N<sub>2</sub> 3,39 89,50 126,20 75,00 700,00 185,40 141,80 88,70
Ar 4,90 74,60 150,90 80,00 1024,00 154,20 119,30 105,10
CO 3,50 93,10 132,90 90,00 573,00 202,60 154,20 94,20
Cl<sub>2</sub> 7,98 124,00 416,90 360,00 700,00 201,90 131,80 409,90
CO<sub>2</sub> 7,38 94,00 304,10 220,00 1100,00 137,60 87,70 325,70
Nhóm kiểm tra có thể sử dụng các chất trong nhóm ngoại gồm argon,
nitơ, clo và cacbon monoxit. Đây cũng là các chất nghiên cứu thuộc cơng
trình này.
<i><b>Bảng 3.14. Ma trận tương quan giữa các tham số tới hạn P</b></i>c, Vc, Tc, TL, TU
của các hợp chất
<i>P</i>c <i>V</i>c <i>T</i>c <i>T</i>L <i>T</i>U
<i>P</i><sub>c</sub> 1 -0,087 0,778 0,650 0,476
<i>V</i><sub>c</sub> -0,087 1 0,525 0,560 -0,162
<i>T</i>c 0,778 0,525 1 0,934 0,247
<i>T</i><sub>L</sub> 0,650 0,560 0,934 1 0,182
<i>T</i><sub>U</sub> 0,476 -0,162 0,247 0,182 1
75
hướng và mức độ ảnh hưởng tương quan giữa các biến số. Có nhiều giá trị
tương quan lớn hơn 0,3. Phân tích thành phần chính là một cơng cụ lựa chọn
thích hợp để loại bỏ tính cộng tính tuyến tính của các biến số. Cũng từ Bảng
3.14, hệ số tương quan có thể sử dụng để xây dựng vectơ riêng cho các thành
phần chính.
Phương pháp phân tích thành phần chính làm giảm tính phức tạp của dữ
liệu và có thể giải thích quy luật của tập dữ liệu đa biến lớn mang lại các cấu
trúc tuyến tính cơ bản, và có thể phát hiện các mối liên quan bất thường giữa
các dữ liệu.
Để xác định số lượng các thành phần chính được giữ lại, trước hết chúng
ta phải chạy phân tích thành phần chính và sau đó tiến hành phân tích đánh
a) b)
<i><b>Hình 3.15. Đồ thị sườn dốc lựa chọn (a) và đồ thị kép (b) có lợi để xác </b></i>
định số lượng thành phần chính thích hợp trong khơng gian con.
Hình 3.15 là đồ thị sườn dốc trực quan cho phép xác định hiệu quả số
lượng thành phần chính thích hợp, biểu diễn sự thay đổi độ dốc theo số
thành phần như trên Hình 3.15a. Ngồi ra số thành phần phụ thuộc vào điểm
0 1 2 3 4 5 6
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Giá tr
ị riêng
Thành phần chính (PC<i><sub>i</sub></i>)
-4 -2 0 2 4
-4
-2
0
2
4
-0.5 0.0 0.5
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
-0.5 0.0 0.5
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
315 57.7 47.7
76
gấp “khuỷu tay” mà tại đó dựa vào các giá trị riêng còn lại tương đối nhỏ và
tất cả có cùng kích thước để lựa chọn thành phần chính. Điểm này khơng thể
hiện rõ trong đồ thị sườn dốc Hình 3.15a, nhưng chúng ta vẫn có thể kết luận
điểm thứ tư là điểm gấp "khuỷu tay". Trong Hình 3.15b đồ thị mơ tả sự thay
đổi các thành phần liên quan PC1 và PC2 trong không gian bao gồm Pc, Tc,
<i>T</i>L<i>, V</i>c<i> và T</i>U. Bằng kỹ thuật phân tích thành phần chính đã chứng minh được
các thành phần chính được chọn phù hợp với các tính chất nhiệt động của
các hệ chất, năm thành phần chính đã được chọn một cách thích hợp, được
chỉ ra ở Hình 3.15.
Các biến thành phần chính được xác định từ sự kết hợp tuyến tính của các
biến ban đầu. Các thành phần chính được trích xuất từ các vectơ riêng cung
cấp cho các hệ số của phương trình. Đồ thị kép được minh họa trong Hình
3.15b cho thấy cả trọng số và điểm số cho hai thành phần được lựa chọn song
song. Nó có thể cho biết phép chiếu của một quan sát trên không gian con với
các điểm số tương ứng. Nó cũng có thể tìm thấy tỷ lệ quan sát và các biến
trong không gian con của hai thành phần ban đầu. Điều này cũng cho phép có
thể kiểm tra được các thành phần khác nhau trên không gian con.
Kết quả phân tích đánh giá cho thấy rằng sau khi có các giá trị riêng của
ma trận tương quan, bốn thành phần chính đầu tiên giải thích 86% phương
sai và các thành phần cịn lại đều đóng góp 5% hoặc ít hơn. Vì vậy, bốn
thành phần chính có thể được sử dụng để xem xét mối tương quan giữa các
thành phần.
Từ Bảng 3.13, dữ liệu hóa lý tương ứng với các hợp chất, chúng tôi tiến
<i>hành xác định thành phần chính tương ứng với tính chất hóa lý P</i>C<i>, V</i>C<i>, T</i>C<i>, T</i>L
<i>và TU đối với nhóm luyện và nhóm kiểm tra. Các kết quả phân tích thành </i>
phần chính được đưa ra ở Bảng 3.15, được sử dụng để luyện mạng thần kinh
nhân tạo và đánh giá khả năng dự đoán của mạng thần kinh dựa vào các chất
77
<i><b>Bảng 3.15. Dữ liệu thành phần chính tương ứng với các tính chất tới hạn P</b></i>C,
<i>V</i>C, TC, TL và TU, và các hệ số a, b và c chuyển đổi thành logarit.
Các chất PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 <i>loga </i> <i>logb </i> <i>logc </i>
Nhóm luyện
NH3 1,3347 0,5422 -0,9545 -0,2961 0,0328 1,6464 1,3729 2,8846
CS2 1,9397 -1,4894 -0,1667 0,3041 -0,3271 2,3243 2,2230 2,7313
N2O 0,2043 -0,3331 -0,6204 -0,0672 0,0137 2,2570 2,0599 2,4849
F2 -1,4785 -0,1106 -0,8596 0,1898 0,0813 1,8537 1,6812 2,2175
He <sub>-3,0407 -0,6086 -0,7406 </sub> <sub>0,0196 -0,0732 2,0573 1,9943 0,5119 </sub>
H2 -2,5470 -0,0880 -0,1006 0,1090 -0,0435 2,4983 2,4619 0,9763
Nhóm kiểm tra ngoại
N2 -1,3057 0,3018 0,6544 0,1003 0,0273 2,2681 2,1517 1,9479
Ar <sub>-0,8545 </sub> <sub>1,3268 </sub> <sub>1,2413 </sub> <sub>0,0557 -0,0399 2,1881 2,0766 2,0216 </sub>
CO <sub>-1,2749 -0,0398 </sub> <sub>0,3125 </sub> <sub>0,0667 </sub> <sub>0,0829 2,3066 2,1881 1,9741 </sub>
Cl2 1,8615 -0,3145 0,1232 -0,9036 0,0701 2,3051 2,1199 2,6127
CO2 0,8360 1,1744 1,1853 -0,4010 -0,0336 2,1386 1,9430 2,5128
78
ban đầu, các hệ số nhận được từ mơ hình này được so sánh với các giá trị
được chuyển đổi từ tham số thực nghiệm, như được đưa ra trong Bảng 3.16.
<i><b>Bảng 3.16. Kết quả hệ số tính tốn (Cal.) so với giá trị gốc từ thực </b></i>
nghiệm (Exp.). Các hệ số tính toán từ mạng I(5)-HL(6)-O(3) được phục hồi
trở lại (Reco.) từ các giá trị logarit.
Các hệ số chuyển đổi
<i>Các khí loga </i> <i> logb </i> <i> logc </i>
Exp. Cal. ARE
% Exp. Cal.
ARE
% Exp. Cal.
ARE
%
N2
2,26
8 2,269 0,044
2,15
2 2,142 0,437
1,94
8 1,944 0,2
Ar 2,18
8 2,18 0,375
2,07
7 2,058 0,92
2,02
2 2,013 0,435
CO 2,30
7 2,311 0,169
2,18
8 2,18 0,366
1,97
4 1,973 0,056
Cl<sub>2</sub> 2,30
5 2,35 1,944 2,12 2,099 0,972
2,61
3 2,611 0,054
CO2
2,13
9 2,17 1,454
1,94
3 1,987 2,244
2,51
3 2,51 0,127
MARE
, % 0,633 0,673 0,186
Các hệ số hồi phục
Các khí <i>a </i> <i>b </i> <i>c </i>
Exp. Reco. ARE
% Exp. Reco.
ARE
% Exp. Reco.
ARE
%
N2
185,
4 185,8 0,23
141,
8 138,8 2,127 88,7 87,89 0,91
Ar 154,
2 151,3 1,869
119,
3 114,2 4,306
105,
1 103,0 2,014
CO 202,
6 204,4 0,902
154,
2 151,4 1,818 94,2 93,97 0,248
Cl<sub>2</sub> 201,
9 223,8 10,87
131,
8 125,7 4,63
409,
9 408,6 0,312
CO<sub>2</sub> 137,
6 147,8 7,412 87,7 96,95 10,55
325,
7 323,3 0,743
MARE
79
Từ Bảng 3.16 các giá trị sai số MARE,% của các giá trị được chuyển đổi
và giá trị phục hồi, là những giá trị đo lường mức độ tin cậy và độ chính xác
của các phép tính, để khẳng định các kết quả tính tốn phù hợp với thực
nghiệm.
Các dữ liệu phục hồi được sử dụng để tính tốn các hệ số virial bậc hai cho
các chất Ar, N2, Cl2 và CO được thể hiện trong Hình 3.16
<i><b>Hình 3.16. Hệ số virial bậc hai cho các chất khí </b></i>
a) argon; b) N2; c) CO; d) Cl2
100 150 200 250 300 350 400
-200
-150
-100
-50
0
50
(a)
<i>B</i>2
<i>(T</i>
)/
cm
3 .mol
-1
<i>T/ K</i>
PCA-ANN
Virial Eq.2
D-EOS
Exp.
100 150 200 250 300 350 400 450 500
-150
-100
-50
0
50
(b)
<i>B</i>2
<i>(T</i>
)/c
100 150 200 250 300 350 400 450 500
-200
-150
-100
-50
0
50
(c)
<i>B</i>2
<i>(T</i>
)/c
m
3 .mol
-1
<i>T/ K</i>
PCA-ANN
Virial Eq.2
D-EOS
Exp.
100 200 300 400 500
-4000
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
(d)
<i>B</i>2
<i>(T</i>
)/c
m
3 .mol
-1
<i>T/ K</i>
PCA-ANN
Virial Eq.2
D-EOS
Exp.
PCA-ANN
○ Ptr.(1.31)
□ D-EOS
TN
PCA-ANN
PCA-ANN
○ Ptr.(1.31)
□ D-EOS
TN
80
Kết quả từ Hình 3.16 cho thấy rằng, hệ số virial bậc hai của các chất
argon, nitơ, clo và cacbon monoxit được tính tốn từ các phương pháp khác
nhau đều cho kết quả phù hợp với dữ liệu thực nghiệm.
<i><b>Thảo luận: Các giá trị sai số MARE, % cho các tham số được tính bởi </b></i>
<i>cơng thức (1.54). Trong đó các giá trị xexp. và x</i>cal. là các giá trị chuyển đổi
<i>logarit loga, logb và logc từ thực nghiệm và các giá trị tính tốn từ mơ hình </i>
ANN. Điều này cũng được áp dụng tương tự cho dữ liệu thực nghiệm ban đầu
<i>và dữ liệu phục hồi. Các tham số chuyển đổi loga, logb và logc được sử dụng </i>
để phục hồi lại hệ số dạng ban đầu trong phương trình (1.31), như trong Bảng
3.16. Phương pháp phân tích phương sai một yếu tố cũng được sử dụng để
<i>xác nhận các giá trị dự đoán của loga (F = 0,089 < F0,05 = 5,318), đối với logb </i>
(F = 0,00024 < F0,05 = 5,987), đối với logc (F = 0,00024 < F0,05 = 5,987); mà
<i>còn phục hồi dữ liệu cho các tham số a (F = 0,094 < F0,05 = 5,987), đối với </i>
<i>tham số b (F = 0,0044 < F0,05 = 5,987) và đối với tham số c (F = 0,0002 < F0,05 </i>
= 5,987). Điều này cho thấy sự khác biệt giữa khả năng dự báo của mơ hình
ANN và các giá trị thực tế là không đáng kể. Vì vậy, mơ hình ANN có thể
<i>được sử dụng để đánh giá các tham số a, b, và c của phương trình (1.31). </i>
Cuối cùng ta nhận thấy rằng kết quả tính tốn hệ số virial bậc hai B2(T)
của các chất argon, nitơ, clo và cacbon monoxit bằng ba phương pháp là hàm
<i>thế tương tác ab initio, phương trình trạng thái và mạng thần kinh nhân tạo </i>
đều cho kết quả phù hợp với dữ liệu thực nghiệm.
<b>3.4. TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA CÁC CHẤT NGHIÊN </b>
<b>CỨU </b>
<b>3.4.1. Mô phỏng GEMC </b>
81
Sau khi tính tốn các tham số từ hàm thế (2.3) và (2.4), chúng tôi tiến
hành đưa vào mơ phỏng GEMC-NVT để tính tốn cân bằng lỏng-hơi của chất
lỏng tinh khiết nitơ. Trong trường hợp mô phỏng này, sự phụ thuộc nhiệt độ
được thể hiện bởi hàm phân bố cặp vị trí – vị trí, gr. Bởi vì mơ hình 5-vị trí
của đime N2-N2 được xây dựng với hai vị trí đặt trên nguyên tử A, một vị trí ở
trọng tâm M và M đặt giữa N và N; N đặt giữa M và A. Do đó, các hàm phân
phối cặp cũng bao gồm các tương tác N-N, M-M, N-A, A-M, A-A và N-M
cho nitơ. Các tính chất cấu trúc của chất lỏng này thể hiện trong Hình 3.17.
a) b)
<i><b>Hình 3.17. Sự phụ thuộc của các hàm phân bố g(r</b></i>N-N) và g(rM-M) vào nhiệt
độ trong q trình mơ phỏng GEMC-NVT đối với N2
<i><b>- </b><b>Chất lỏng cacbon monoxit</b></i>
82
a) b)
c) d)
<i><b>Hình 3.18. Sự phụ thuộc của các hàm phân bố g(r</b></i>C-C), g(rO-O), g(rC-O) và
<i>g(rM-M) vào nhiệt độ trong q trình mơ phỏng GEMC-NVT đối với CO </i>
<i>3.4.1.2. Giản đồ cân bằng lỏng – hơi </i>
<i><b>- </b><b>Chất lỏng nitơ</b></i>
<i>Nhiệt độ tới hạn, Tc (K) và tỷ trọng, </i>c (g.cm-3) của chất lỏng tinh khiết
83
0 200 400 600 800
60
70
80
90
100
110
120
130
<i>T/ K</i>
kg.cm
Ptr.(2.4)
Ptr.(2.3)
PR-EOS
TN
<i> T</i><sub>c. TN</sub>
<i><b>Hình 3.19. Giản đồ cân bằng lỏng-hơi của nitơ </b></i>
Kết quả của q trình tính tốn từ mô phỏng GEMC-NVT bằng bộ
tham số các hàm thế (2.3), (2.4) và phương trình (1.32) các giá trị nhiệt động
như áp suất hơi (Pv), tỷ trọng hơi (v), tỷ trọng lỏng (L), entanpy (Hv),
entropy (Sv), tỷ trọng tới hạn (<i>c) và nhiệt độ tới hạn (Tc) của nitơ được thể </i>
hiện trong các Bảng 3.17, Bảng 3.19 và Bảng 3.25.
<i><b>Bảng 3.17. Các giá trị nhiệt động của nitơ bằng GEMC-NVT sử dụng </b></i>
hàm thế (2.4) và dữ liệu thực nghiệm (TN)
T/K Pv/
bar TN
V/
g.cm-3 TN
L/
g.cm-3 TN
Hv/
J.mol-1 TN
Sv/
84
<i><b>Bảng 3.18. Sai số MARE,% các giá trị nhiệt động của nitơ sử dụng </b></i>
hàm thế (2.4) cho mô phỏng GEMC-NVT
T/K ARE(Pv)
%
ARE(V)
%
ARE(L)
%
ARE(Hv)
%
ARE(Sv)
%
70 10,51 40,0 0,24 4,11 4,11
80 26,93 3,33 0,44 3,61 3,61
90 29,86 6,67 0,59 1,92 1,92
100 25,42 3,44 0,13 14,17 14,17
110 16,05 6,13 1,63 15,09 15,09
120 2,70 8,71 2,02 0,69 0,69
MARE,% 18,58 11,38 0,84 6,59 6,59
Kết quả thu được khi sử dụng bộ tham số của các hàm thế (2.4) trong
Bảng 3.17 là các giá trị nhiệt động của q trình mơ phỏng GEMC-NVT cho
nitơ. Sau đó, chúng tơi tính sai số ARE,% cho từng điểm nhiệt độ ở Bảng 3.18
thì nhận thấy rằng: áp suất hơi (Pv), tỷ trọng hơi (v), tỷ trọng lỏng (L),
entanpy (Hv), entropy (Sv) có sai số MARE,% lần lượt là 18,58%; 11,38%;
0,84%; 6,59%; 6,59%. Nhìn vào các giá trị sai số MARE,% này, chúng tôi tin
cậy ở kết quả tính tốn các giá trị nhiệt động cho N2 trong Bảng 3.17.
<i><b>Bảng 3.19. Các giá trị nhiệt động của nitơ sử dụng phương trình (1.32) </b></i>
và dữ liệu thực nghiệm (TN)
T/K Pv/
bar TN
V/
g.cm-3 TN
L/
g.cm-3 TN
Hv/
J.mol-1 TN
Sv/
85
<i><b>Bảng 3.20. Sai số MARE,% các giá trị nhiệt động của nitơ sử dụng </b></i>
phương trình (1.32)
T/K ARE(Pv)
%
ARE(V)
%
ARE(L)
%
ARE(Hv)
%
ARE(Sv)
%
70 1,28 5,00 0,18 0,16 0,17
80 0,07 1,67 0,26 0,30 0,30
90 0,14 0,67 0,13 0,33 0,33
100 0,09 0,00 0,20 0,25 0,25
110 0,08 0,97 0,24 0,00 0,00
120 0,10 0,89 0,31 1,13 1,13
MARE,% 0,29 1,53 0,22 0,36 0,36
Kết quả thu được từ phương trình (1.32) thể hiện ở Bảng 3.19 là giá trị
nhiệt động của nitơ, được tính sai số ARE,% cho từng điểm nhiệt độ trong
Bảng 3.20. Chúng tôi nhận thấy rằng: áp suất hơi (Pv), tỷ trọng hơi (v), tỷ
trọng lỏng (L), entanpy (Hv), entropy (Sv) có sai số MARE,% lần lượt là
0,29%; 1,53%; 0,22%; 0,36%; 0,36%. Nhìn vào các giá trị sai số MARE,%
này, chúng tơi tin cậy ở kết quả tính tốn các giá trị nhiệt động cho N2 trong
<i><b>- </b><b>Chất lỏng cacbon monoxit</b></i>
<i>Nhiệt độ tới hạn, T</i>c (K) và tỷ trọng, c (g.cm
-3
86
0 100 200 300 400 500 600 700 800
60
80
100
120
140
<i>T</i>
/ K
/ kg.cm-3
Ptr.(2.4)
Ptr.(2.3)
PR-EOS
TN
<i> T</i><sub>C,TN</sub>
<i><b>Hình 3.20. Giản đồ cân bằng lỏng-hơi của cacbon monoxit </b></i>
Kết quả của quá trình tính tốn từ mơ phỏng GEMC-NVT bằng bộ
tham số các hàm thế (2.3), (2.4) và phương trình (1.32) các giá trị nhiệt động
như áp suất hơi (Pv), tỷ trọng hơi (v), tỷ trọng lỏng (L), entanpy (Hv),
entropy (Sv), tỷ trọng tới hạn (<i>c) và nhiệt độ tới hạn (T</i>c) của cacbon
monoxit thể hiện trong các Bảng 3.21, Bảng 3.23 và Bảng 3.25.
<i><b>Bảng 3.21. Các giá trị nhiệt động của cacbon monoxit bằng </b></i>
GEMC-NVT sử dụng hàm thế (2.4) và dữ liệu thực nghiệm (TN)
T/K Pv/
bar TN
V/
g.cm-3 TN
L/
g.cm-3 TN
H<sub>v</sub>/
J.mol-1 TN
S<sub>v</sub>/
J.mol-1K-1
87
<i><b>Bảng 3.22. Sai số MARE,% các giá trị nhiệt động của cacbon monoxit </b></i>
sử dụng hàm thế (2.4) cho mô phỏng GEMC-NVT
T/K ARE(Pv)
%
ARE(V)
%
ARE(L)
%
ARE(Hv)
%
80 25,89 20,00 0,13 3,33
85 61,01 25,00 0,39 2,05
90 25,17 21,43 1,86 1,52
100 5,81 8,11 1,86 3,07
110 18,04 6,10 4,29 10,33
120 15,62 55,17 9,01 39,04
MARE,% 25,26 22,64 2,92 9,89
Trong kết quả thu được khi sử dụng bộ tham số của hàm thế (2.4) trong
Bảng 3.21 là giá trị nhiệt động của quá trình mô phỏng GEMC-NVT cho
cacbon monoxit. Sau đó, chúng tơi tính tốn sai số ARE,% cho từng điểm
nhiệt độ ở Bảng 3.22 thì nhận thấy rằng: áp suất hơi (Pv), tỷ trọng hơi (v), tỷ
trọng lỏng (L), entanpy (Hv) có sai số MARE,% lần lượt là 25,26%;
22,64%; 2,92%; 9,89%. Nhìn vào các giá trị sai số MARE,% này, chúng tơi
tin cậy ở kết quả tính tốn các giá trị nhiệt động của CO trong Bảng 3.21.
<i><b>Bảng 3.23. Các giá trị nhiệt động của cacbon monoxit sử dụng phương </b></i>
trình (1.32) và dữ liệu thực nghiệm (TN)
T/K Pv/
bar TN
V/
g.cm-3 TN
L/
g.cm-3 TN
Hv/
J.mol-1 TN
Sv/
88
<i><b>Bảng 3.24. Sai số MARE,% các giá trị nhiệt động của cacbon monoxit </b></i>
sử dụng phương trình (1.32)
T/K ARE(Pv)
%
ARE(V)
%
ARE(L)
%
ARE(Hv)
%
80 3,21 20,00 1,14 0,63
85 44,23 25,00 1,17 2,80
90 17,72 28,57 0,13 6,91
100 10,45 43,24 0,71 3,94
110 5,27 48,78 0,92 4,83
120 7,40 31,90 1,59 3,50
MARE,% 14,71 32,92 0,94 3,77
Kết quả thu được từ phương trình (1.32) thể hiện ở Bảng 3.23 là giá trị
nhiệt động của cacbon monoxit. Sau đó, chúng tơi tính sai số ARE,% cho từng
điểm nhiệt độ trong Bảng 3.24 thì nhận thấy rằng: áp suất hơi (Pv), tỷ trọng hơi
(v), tỷ trọng lỏng (L), entanpy (Hv) có sai số MARE,% lần lượt là 14,71%;
32,92%; 0,94%; 3,77%. Nhìn vào các giá trị sai số MARE,% này, chúng tôi tin
cậy ở kết quả tính tốn các giá trị nhiệt động của CO trong Bảng 3.23.
Sau đây là bảng các tính chất tới hạn của nitơ và cacbon monoxit được
tính tốn từ các phương pháp khác nhau.
<i><b>Bảng 3.25. Các tính chất tới hạn của nitơ và cacbon monoxit từ kết quả mô </b></i>
phỏng GEMC-NVT; hàm thế (2.3) và (2.4); phương trình (1.32) và Thực
nghiệm (TN)
Phương
pháp
Nitơ <sub>Phương </sub>
pháp
Cacbon monoxit
<i>T</i><sub>c</sub>/ K <sub>c</sub>/ g.cm-3 Tham
khảo <i>T</i>c/ K c/ g.cm-3
Tham
khảo
Ptr(2.3) 132,876 0,3284
89
Ptr(1.32) 126,143 0,3233 [92] Ptr(1.32) 131,634 0,324 [92]
TN 126,200 0,3140 [93] TN 131,910 0,3010 [93]
Bảng 3.25 ở trên là các giá trị nhiệt động đặc trưng của N2 và CO. Sau
đó, chúng tơi tiến hành tính tốn sai số ARE,% của chúng tương ứng với các
phương pháp tính toán khác nhau để đánh giá mức độ tin cậy cho phương
pháp lý thuyết nghiên cứu trong luận án.
<i><b>Bảng 3.26. Sai số ARE,% các giá trị nhiệt động của N</b></i>2 và CO
Phương
pháp
Nitơ Phương
pháp
Cacbon monoxit
<i>ARE(T</i><sub>c</sub>), % <i> ARE(</i><sub>c</sub>), % <i>ARE(T</i><sub>c</sub>), % ARE(<sub>c</sub>), %
Ptr(2.3) 5,290 4,586 Ptr(2.3) 4,587 10,631
Ptr(2.4) 1,401 0,478 Ptr(2.4) 5,704 6,645
Ptr(1.32) 0,045 2,962 Ptr(1.32) 0,209 7,641
Nhìn vào kết quả tính sai số ARE,% của nhiệt độ tới hạn và tỷ trọng tới
hạn trong Bảng 3.26 ở trên là chấp nhận được và phù hợp với giá trị thực
nghiệm. Do đó, giản đồ cân bằng lỏng-hơi nhận được trong nghiên cứu này
đối với nitơ và cacbon monoxit là tin cậy. Vì vậy, phương pháp lý thuyết sử
dụng trong nghiên cứu này là đáng tin cậy.
<b>3.4.2. Mơ hình COSMO </b>
<i>3.4.2.1. Tính tốn cân bằng lỏng – hơi </i>
<i><b>- </b><b>Chất lỏng cacbon monoxit</b></i>
Trước khi xác định cân bằng lỏng hơi của hệ CO-CO, các tính tốn lượng
tử được thực hiện dựa trên hệ chất đã được tối ưu hóa bằng phương pháp
CCSD(T)/aug-cc-pVQZ. Các giá trị mật độ điện tích trung bình bao quanh
phân tử được đặc trưng bởi giá trị σm nhận được từ kết quả tính tốn COSMO
bằng Gaussian 03TM
90
(2.6)
<i>Ở đây rn</i> là bán kính thực của bề mặt điện tích trung bình. Với mật độ điện
<i>tích bề mặt phân đoạn trên n đoạn từ kết quả COSMO. Bề mặt điện tích bao </i>
quanh phân tử CO được mơ tả trên Hình 3.21. Các kết quả tính tốn bề mặt
điện tích cũng được sử dụng để so sánh đánh giá sự phù hợp với kết quả
<i>tính tốn năng lượng tương tác ab initio bằng CCSD(T)/aug-cc-pVQZ. Sau </i>
đó, hệ số virial bậc hai B2(T) của hệ CO-CO được xác định như Bảng 3.27.
<i><b>Hình 3.21. Tương quan trên bề mặt điện tích </b></i>m<i> với năng lượng ab </i>
<i>initio. Ký hiệu: </i><i>: năng lượng ab initio; </i>: mật độ điện tích m (e/Å2)
2 2 2
*
2 2 2 2
2 2 2
2 2 2 2
e x p
e x p
<i>n</i> <i>a v</i> <i>m n</i>
<i>n</i>
<i>n</i> <i>n</i> <i>a v</i> <i>n</i> <i>a v</i>
<i>m</i>
<i>n</i> <i>a v</i> <i>m n</i>
<i>n</i> <i>n</i> <i>a v</i> <i>n</i> <i>a v</i>
<i>r r</i> <i>d</i>
<i>r</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>r</i>
<i>r r</i> <i>d</i>
<i>r</i> <i>r</i> <i>r</i> <i>r</i>
<sub></sub> <sub></sub>
<sub></sub> <sub></sub>
*
<i>n</i>
91
<i><b>Bảng 3.27. Hệ số virial bậc hai B</b></i>2<i>(T) của CO-CO thu được từ hàm thế (2.4) </i>
tính tốn ở mức lý thuyết CCSD(T)/aug-cc-pVQZ.
<i>T/K </i> PR-EOS CCSD(T)/aug-cc-pVQZ Thực nghiệm
[24], [75]
70 0,253 0,491 0,210
80 0,853 1,506 0,837
90 2,206 3,142 2,390
100 5,926 5,779 5,450
110 10,771 10,030 10,670
120 17,972 16,881 18,770
130 32,339 27,924 30,640
Các tính chất hóa lý phụ thuộc nhiều vào sự tương tác giữa các phân tử
CO. Tính chất áp suất hơi có thể được sử dụng để xác định áp suất hơi tới hạn
<i>P</i>C tại nhiệt độ tới hạn TC của hệ dựa vào phương trình (1.42). Để xác định áp
suất hơi tới hạn theo phương trình (1.42), các tham số của phương trình (1.41)
được xác định bằng cách khớp dữ liệu áp suất hơi nhận được từ tính tốn
COSMO trong Bảng 3.27. Các hệ số của phương trình (1.42) là A = 9,1597;
B = 882,2278; C = 19,8016.
92
a) b)
<i><b>Hình 3.22. a) Bề mặt điện tích và b) Áp suất hơi của hệ CO-CO xác định từ </b></i>
kết quả tính COSMO. Ký hiệu: □: dữ liệu thực nghiệm; : phương trình
(1.32); ─: CCSD(T)/aug-cc-pVQZ tính tốn từ cơng trình này.
<i>Từ Hình 3.22b ta xác định được nhiệt độ tới hạn của hệ CO là TC = </i>
<i>132,91 K, áp suất hơi tới hạn PC = 34,990 bar, từ phương trình (1.42) với các </i>
<i>hệ số đã xác định ở trên thì áp suất hơi tới hạn của hệ được xác định P</i>C =
33,8262; sai số tương đối ARE,% = 3,3261%. Như vậy kết quả tính tốn áp
suất hơi tới hạn của hệ CO cho kết quả nằm trong vùng sai số của thực
nghiệm và có thể chấp nhận được các hệ số của phương trình (1.42) cho việc
xác định các áp suất hơi của hệ ở các nhiệt độ tương ứng.
<i>3.4.2.2. Giản đồ cân bằng lỏng – hơi </i>
<i><b>- Giản đồ cân bằng lỏng hơi ở điều kiện đẳng nhiệt P-x-y </b></i>
Cấu trúc phân tử CO và Cl2 được thực hiện tối ưu cấu hình ở mức 10-6
đơn vị năng lượng Hartree. Mật độ điện tích bề mặt che chắn bao quanh phân
tử được tạo ra từ tính tốn năng lượng DFT VWN-BP/DNP (Double
Numerical basis with Polarization functions) [6], [48], [79]. Giá trị sigma đơn
phân tử nhận được từ các mật độ điện tích bề mặt, như mơ tả ở Hình 3.23
60 80 100 120 140
0
10
20
30
40
σ (e/Å2
)
Ai
P
(σ)
(Å
)
2
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
-0.01 -0.01 0.00 0.01 0.01
Cl2
CO
-0.010 -0.005 0.000 0.005 0.010
93
<i><b>Hình 3.23. Các giá trị sigma của các phân tử đơn CO và Cl</b></i>2 xác định
từ tính tốn COSMO
Các giá trị sigma thể hiện trên Hình 3.23 đã mô tả mỗi cấu trúc tạo ra
giá trị sigma khác nhau rõ ràng. Hiện nay khơng có nguồn tài liệu mở nào khả
thi liên quan đến giá trị phần trăm sigma của mỗi cấu trúc tồn tại trong hỗn
hợp.
94
<i><b>Hình 3.24. Giản đồ cân bằng lỏng–hơi P-x-y của hỗn hợp CO (1) và Cl</b></i>2 (2)
Giản đồ cân bằng P-x-y này được xây dựng từ phương trình
0 0 0
1 1 1 2 2 2
/ <i>to t</i> ( 1, 2 ) ; <i>to t</i>
<i>i</i> <i>i</i> <i>i</i> <i>i</i>
<i>y</i> <i>p x</i> <i>p</i> <i>i</i> <i>p</i> <i>p x</i> <i>p x</i> , mà hệ số hoạt độ được xác định
từ phương trình (1.16). Những tính tốn COSMO-SAC đã cải thiện hiệu quả
sự khác biệt thành phần lỏng và thành phần hơi khi gia tăng nhiệt độ. Phương
pháp này có khả năng tính tốn cho hầu hết các hệ có độ chính xác cao nhất.
Kết quả dường như phù hợp với phương pháp NRTL và Wilson, có hệ số hoạt
độ được tính theo phương trình (1.16) đã dẫn ra như ở Bảng 3.28.
<i><b>Bảng 3.28. So sánh giữa các giá trị của các mơ hình RMS, MRD</b></i>p và MDy
NRTL Wilson COSMO-SAC
<i>RMS </i> <i>MRDp,% </i> <i>MDy</i> <i> RMS </i> <i>MRDp,% </i> <i>MDy</i> <i> RMS </i> <i>MRDp,% </i> <i>MDy</i>
0,012 4,12 0,011 0,010 4,013 0,015 0,002 5,735 0,013
Đối với hệ nhị phân trong nghiên cứu này, dữ liệu cân bằng lỏng hơi
thu được từ tính tốn COSMO-SAC được so sánh với dữ liệu thực nghiệm
cũng như dữ liệu từ các mơ hình Wilson và NRTL [61], [78]. Dữ liệu cân
bằng lỏng hơi COSMO-SAC rất gần với dữ liệu thực nghiệm. Các giá trị này
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
<i>x</i><sub>1</sub><i>, y</i><sub>1</sub> (mol)
x<sub>1</sub>-300K
y<sub>1</sub>-300K
x<sub>1</sub>-350K
y<sub>1</sub>-350K
x<sub>1</sub>-400K
y<sub>1</sub>-400K
x<sub>1</sub>-450K
y<sub>1</sub>-450K
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
20
40
60
80
100
Ptot
(MPa)
<i>x</i><sub>2</sub><i>, y</i><sub>2</sub>(mol)
95
cũng phù hợp với các mơ hình Wilson và NRTL. Các giá trị của sai số RMS,
độ lệch tương đối trung bình của áp suất (MRDp) và độ lệch trung bình của
thành phần hơi (MDy) lần lượt nhỏ hơn 0,002; 5,735 và 0,013.
<i><b>- Giản đồ thành phần lỏng, thành phần hơi x – y </b></i>
Để thấy được sự thay đổi khác biệt giữa thành phần lỏng x và thành
phần hơi y, giản đồ x–y ở Hình 3.25 được xây dựng dựa vào các tính tốn từ
hệ số hoạt độ bằng phương trình (1.16). Thành phần pha lỏng x1 và y1 của cấu
tử thứ nhất CO; x2 và y2 của cấu tử thứ hai Cl2 ở các nhiệt độ 300K đến 450K.
<i><b>Hình 3.25. Giản đồ x–y xây dựng từ hệ số hoạt độ ở điều kiện đẳng nhiệt </b></i>
<i><b>- Giản đồ cân bằng lỏng hơi ở điều kiện đẳng áp T-x-y </b></i>
Phương pháp COSMO-SAC cũng được sử dụng để tính toán cân bằng
lỏng hơi đối với hệ hỗn hợp bậc hai CO (1)-Cl2 (2) ở điều kiện đẳng áp. Giản
đồ cân bằng lỏng hơi T-x-y được tính tốn khi thay đổi nhiệt độ của hệ ở mỗi
áp suất P (MPa). Giản đồ T-x-y cũng nhận được dựa vào định luật Raoult,
thành phần mol của cấu tử CO (1) và Cl2 (2) ở pha lỏng x và pha hơi y trong
hỗn hợp khi nhiệt độ của hệ thay đổi, trong khi áp suất toàn phần của hệ
không đổi P(tot). Giản đồ T-x-y cũng nhận được từ hệ số hoạt độ mà được
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
<i>y</i>1
(mol
)
<i>x</i><sub>1</sub> (mol)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub> (300K)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub> (350K)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub> (400K)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub> (450K)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
<i>y</i>2
(mol
)
96
tính từ điện tích che chắn quanh phân tử ở điều kiện đẳng áp. Giản đồ T-x-y
được khảo sát theo nhiệt độ ở các điều kiện áp suất từ 0,02 MPa đến 0,09
MPa. Giản đồ T-x-y cho thấy thành phần pha lỏng x và hơi y của cấu tử CO
(1) và Cl2 (2) thay đổi không nhiều ở mỗi mức áp suất như mơ tả ở Hình 3.26.
<i><b>Hình 3.26. Giản đồ cân bằng lỏng hơi T-x-y của hệ bậc hai CO (1)-Cl</b></i>2( 2)
Sự thay đổi khác nhau giữa các mức áp suất được mơ tả ở Hình 3.27.
Trong giản đồ x-y mô tả thay đổi điều kiện nhiệt độ ứng với mỗi điều kiện
đẳng áp từ 0,01 MPa đến 0,09 MPa cho thấy sự thay đổi thành phần lỏng x và
hơi y của cấu tử CO và Cl2 khác nhau không ý nghĩa, các thành phần này là
gần nhau.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
100
120
140
160
180
200
220
<i> x1(0.02MPa)</i>
<i> y1(0.02MPa)</i>
<i> x1(0.04MPa)</i>
<i> y1(0.04MPa)</i>
<i> x1(0.06MPa)</i>
<i> y1(0.06MPa)</i>
<i> x1(0.08MPa)</i>
<i> y1(0.08MPa)</i>
<i> x1(0.09MPa)</i>
<i> y1(0.09MPa)</i>
<i>T</i>
(K)
<i>x</i><sub>1</sub><i>, y</i><sub>1</sub> (mol)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
100
120
140
160
180
200
220
240
<i>T</i>
(K)
<i>x</i><sub>2</sub><i>, y</i><sub>2</sub> (mol)
97
<i><b>Hình 3.27. Giản đồ x – y xây dựng từ hệ số hoạt độ ở các điều kiện đẳng áp </b></i>
Dữ liệu cân bằng lỏng hơi P-x-y của hệ nhị phân CO (1) – Cl2 (2) ở
điều kiện T = 300K đến T = 450K thu được trong khoảng áp suất tương ứng
từ 0,01 đến 0,09 MPa.
<b>Thảo luận: Giá trị của các kết quả tính tốn được chỉ ra trong sai số </b>
RMS, độ lệch tương đối MRDp và MDy. Từ đó chúng tơi kết luận sự khác biệt
giữa các mơ hình là khơng đáng kể. Cân bằng lỏng-hơi của hệ nhị phân CO
(1) – Cl2 (2) do mơ hình COSMO-SAC tạo ra phù hợp tốt với dữ liệu thực
nghiệm và với các mơ hình Wilson và NRTL.
<b>3.5. THẢO LUẬN CÁC KẾT QUẢ </b>
Các mục tiêu đã đạt được khi thực hiện nghiên cứu trong luận án này
cho các chất argon, nitơ, clo và cacbon monoxit.
<i><b>3.5.1. Về năng lƣợng tƣơng tác ab initio </b></i>
Luận án đã xây dựng được cấu trúc đime cho nguyên tử như argon,
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
<i>y</i>1
(mol
)
<i>x</i><sub>1</sub> (mol)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub>(0.01MPa)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub>(0.03MPa)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub>(0.05MPa)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub>(0.07MPa)
<i> x</i><sub>1</sub><i>-y</i><sub>1</sub>(0.09MPa)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
<i>y</i>2
(mol
)
98
23). Các kết quả thu được sau q trình tính tốn này đều cho thấy rằng năng
<i>lượng tương tác ab initio thu được của bộ hàm ngoại suy </i>
<i>CCSD(T)/aug-cc-pV23Z là thấp nhất. Điều này được chứng minh qua các Bảng 3.3 và 3.4. Vì </i>
<i>vậy, chúng tơi chọn sử dụng bộ hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z để tính tốn các </i>
bộ tham số cho các hàm thế (2.3), (2.4) và (2.5) xây dựng.
<i><b>3.5.2. Về xây dựng hàm thế tƣơng tác ab initio </b></i>
Luận án đã xác định được bộ tham số cho đime Ar-Ar bằng hàm thế (2.3)
khơng có hàm Damping và bộ tham số trong hàm thế (2.3), (2.4) cho các cấu
trúc N2-N2 và CO-CO; bộ tham số trong hàm thế (2.4) và (2.5) cho cấu trúc
Cl2-Cl2. Sau khi tính tốn bộ tham số của các hàm thế (2.3), (2.4) và (2.5) bằng bộ
<i>hàm CCSD(T)/aug-cc-pV23Z thì chúng tơi đánh giá chất lượng bộ tham số này </i>
(R2 = 0,99814), của clo ở Hình 3.8a (R2 = 0,999978) và Hình 3.8b (R2 =
0,99991), của cacbon monoxit ở Hình 3.9 (R2 = 0,99785) và Hình 3.10 (R2 =
0,99848). Vì vậy, chúng tơi kết luận rằng các hàm thế xây dựng (2.3), (2.4) và
(2.5) là rất đáng tin cậy để sử dụng cho mơ phỏng GEMC-NVT.
<b>3.5.3. Về tính hệ số virial bậc hai </b>
99
(1.32), (1.34) thể hiện ở các Hình 3.11, 3.12, 3.13 và 3.14. Kết quả nhận được
từ việc tính tốn hệ số virial bậc hai chứng minh rằng các hàm thế (2.3), (2.4)
và (2.5) là rất đáng tin cậy để sử dụng cho mơ phỏng GEMC-NVT.
Ngồi ra, hệ số virial bậc hai của các chất khí argon, nitơ, clo và cacbon
monoxit cịn được tính tốn bằng mạng thần kinh nhân tạo có cấu trúc được
xây dựng dạng I(5)-HL(6)-O(3). Kết quả hệ số virial bậc hai sau khi tính tốn
cho thấy cũng không khác biệt nhiều so với các phương trình trạng thái và với
dữ liệu thực nghiệm tương ứng, thể hiện ở Hình 3.16.
<b>3.5.4. Về cân bằng lỏng-hơi </b>
Các kết quả tính toán bộ tham số từ quá trình trên, được đưa vào mơ
phỏng GEMC-NVT. Sau q trình mơ phỏng này chúng tơi thu được giản đồ
(Tc) và tỷ trọng tới hạn (<i>c</i>) của nitơ và cacbon monoxit cũng được tính tốn
từ q trình mơ phỏng GEMC- NVT và phương trình trạng thái. Kết quả đánh
giá sai số MARE,% các giá trị nhiệt động thu được đều thấp. Vì vậy, chúng
tơi kết luận rằng các giá trị nhiệt động thu được sau mơ phỏng GEMC-NVT
và phương trình trạng thái rất tốt so với dữ liệu thực nghiệm và đáng tin cậy.
Ngồi ra, chúng tơi cịn sử dụng mơ hình COSMO để tính tốn áp suất
<i>tới hạn (P</i>c<i>), nhiệt độ tới hạn (T</i>c). Kết quả tính tốn các tính chất này cho thấy
sai số ARE,% là thấp và chấp nhận được.
100
<b>NHỮNG KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN</b>
Sau thời gian thực hiện nghiên cứu cho các chất argon, nitơ, cacbon
monoxit và clo trong luận án này, chúng tôi thu được các kết quả như sau
<i><b>1. Về năng lượng tương tác ab initio </b></i>
- Xây dựng được cấu trúc đime cho các chất nghiên cứu (Ar, N2, Cl2 và CO).
<i>- Tính tốn được năng lượng bề mặt thế ab initio của 4 cấu hình đặc biệt cho </i>
các chất nghiên cứu.
Ưu điểm của phương pháp: xây dựng được cấu trúc tổng quát cho các
<i>kiểu phân tử khác nhau và tính tốn năng lượng bề mặt thế ab initio cho 15 </i>
cấu hình khơng gian trong đó có 4 cấu hình đặc biệt L, H, T và X.
<i><b>2. Về hàm thế tương tác ab initio </b></i>
- Phát triển mới hàm thế Lennard-Jones tương tác 5-vị trí (2.3) và xác định
các tham số , cho argon và bộ tham số , , cho nitơ và cacbon monoxit.
- Phát triển mới và xác định bộ tham số của hàm thế Morse tương tác 5-vị trí
(2.4) cho hệ N2, Cl2, CO và hàm thế Morse tương tác 5-vị trí (2.5) cho hệ Cl2.
Ưu điểm của hàm thế đạt được: mô tả đầy đủ các tương tác 5-vị trí của
phân tử và hàm thế phát triển mới (2.3), (2.4) và (2.5) được sử dụng để tính
tốn bộ tham số dùng cho tính hệ số virial bậc hai và mơ phỏng GEMC cho
nhiều chất khác.
<i><b>3. Về tính hệ số virial bậc hai </b></i>
- Phát triển mới các hàm thế Morse tương tác 5-vị trí (2.4) và (2.5) để tính
tốn hệ số virial bậc hai cho các chất N2, Cl2, CO.
101
- Kết quả sử dụng mơ hình mạng thần kinh dạng I(5)-HL(6)-O(3) để tính hệ
số virial bậc hai cho các chất argon, nitơ, clo và cacbon monoxit đều phù hợp
với các phương trình trạng thái và giá trị thực nghiệm.
Ý nghĩa của kết quả tính tốn hệ số virial: có thêm nhiều dữ liệu để
phục vụ cho nghiên cứu tính chất hóa lý của các chất.
<i><b>4. Về cân bằng lỏng-hơi </b></i>
- Xây dựng được tính chất cấu trúc và giản đồ cân bằng lỏng-hơi cho các chất
nitơ và cacbon monoxit.
- Kết quả sử dụng kỹ thuật mơ phỏng GEMC-NVT và COSMO để tính toán
các giá trị nhiệt động như áp suất hơi (Pv), áp suất tới hạn (Pc), tỷ trọng hơi
(v), tỷ trọng lỏng (L), entanpy (Hv), entropy (Sv), nhiệt độ tới hạn (Tc) và
tỷ trọng tới hạn (<i>c</i>) cho N2 và CO đều cho kết quả tốt với giá trị thực nghiệm.
- Kết quả nhận được giữa các mô hình tính tốn và kỹ thuật mô phỏng
GEMC-NVT đều được so sánh với nhau và so sánh với kết quả thực nghiệm.
Các kết quả đều được kiểm tra đánh giá cẩn thận khi so sánh với thực nghiệm.
Cho thấy rằng các kết quả tính toán cân bằng lỏng-hơi đều phù hợp tốt với
thực nghiệm.
<i><b>5. Đánh giá chung </b></i>
- Cơng trình này bước đầu được thực hiện trên cơ sở các tính tốn lý thuyết
nhằm phổ biến kỹ thuật tính tốn hiện đại, hiệu quả bằng mơ hình lượng tử và
mơ phỏng GEMC giúp các nhà khoa học có thể áp dụng để tính tốn các giá
trị nhiệt động các hệ chất khác nhau trong điều kiện không thể đo đạc bằng
con đường thực nghiệm. Các kỹ thuật sử dụng ở đây đều đáng tin cậy, có thể
áp dụng mở rộng cho các nghiên cứu đối với nhiều hệ chất khác.
102
- Các tính chất cân bằng lỏng-hơi đáp ứng yêu cầu thực tế của một hệ vĩ mô
gần với hệ thực dựa vào kỹ thuật mô phỏng Monte Carlo toàn cục.
103
<b>NHỮNG ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO </b>
Trong tương lai hướng nghiên cứu này sẽ sử dụng hàm thế Morse và
hàm thế Lennard-Jones tương tác 5-vị trí đã được xây dựng trong luận án để
tính tốn các tham số hiệu chỉnh tối ưu của hàm thế sau đó sử dụng kỹ thuật
mô phỏng GEMC-NPT để xác định tính chất cấu trúc chất lỏng, giản đồ cân
bằng lỏng-hơi và các giá trị nhiệt động cho Ar, N2, Cl2 và CO. Kết quả sau
quá trình tính tốn này, tác giả sẽ sử dụng các phương trình trạng thái
Redlich–Kwong và Redlich–Kwong–Soave kết hợp với mạng thần kinh nhân
<b>tạo để đánh giá. </b>
Ngoài ra, tác giả cũng sẽ sử dụng hàm thế Morse và hàm thế
Lennard-Jones tương tác 5-vị trí đã được xây dựng trong luận án để tính tốn các tham
số hiệu chỉnh tối ưu của hàm thế, sau đó tính hệ số virial bậc hai dùng cho
đánh giá độ tin cậy của hàm thế. Tác giả tiếp tục sử dụng kỹ thuật mơ phỏng
GEMC-NVT để xác định tính chất cấu trúc chất lỏng, giản đồ cân bằng
lỏng-hơi và các giá trị nhiệt động cho họ khí hiếm, họ halogen, CO2 và nhiều hệ
104
<b>CÁC CƠNG BỐ TRÊN TẠP CHÍ </b>
Những đóng góp mới của luận án đã được công bố trên các tạp chí:
1) Nguyễn Thành Được, Nguyễn Thị Ái Nhung, Trần Dương, Phạm Văn
<i>Tất, Practical intermolecular potentials and second virial coefficients </i>
<i>for energy and environmental researches, Tạp chí Khoa học và Công </i>
nghệ, tập 52-số 2B, tr. 233-241, ISSN 0866708X (2014).
2) Nguyễn Thành Được, Nguyễn Thị Ái Nhung, Trần Dương, Phạm Văn
<i>Tất, Thermodynamic properties of vapor-liquid equilibria for gases CO </i>
<i>and N2 in mixture of greenhouse gases, Tạp chí Khoa học và Công </i>
nghệ, tập 52 – số 4A, tr. 205-213, ISSN 0866708X (2014).
3) Nguyễn Thành Được, Nguyễn Thị Ái Nhung, Trần Dương, Phạm Văn
<i>Tất, Prediction of second virial coefficients of gases chlorine, nitrogen, </i>
<i>carbon monoxide and argon using artificial neural network and virial </i>
<i>equation of state, Tạp chí Hóa học, tập 52– số 5A, tr.208-214, ISSN </i>
08667144 (2014).
4) Nguyễn Thành Được, Nguyễn Thị Ái Nhung, Trần Dương, Phạm Văn
<i>Tất, Ab initio Intermolecular Potentials and Calculation of Second </i>
<i>Virial Coefficients for The Cl2-Cl2 dimer, Smart Science, Vol. 3, No. 4, </i>
pp.193-201, ISSN 2308-0477, DOI:10.6493/SmartScience (2015).
5) Nguyễn Thành Được, Nguyễn Thị Ái Nhung, Trần Dương, Phạm Nữ
<i>Ngọc Hân, Phạm Văn Tất, Vapor-liquid equilibria of binary system CO </i>
<i>and Cl2 in mixture of greenhouse gases using quantum calculation., </i>
Tạp chí Hóa học, tập 54 – số 2, tr.145-152, DOI:
10.15625/0866-7144.2016-00250, (2016).
6) <i>Nguyễn Thành Được, Trần Dương, Phạm Văn Tất, Tính toán hệ số </i>
<i>virial bậc hai của các khí Cl2, N2, CO và Ar kết hợp phương trình trạng </i>
<i>thái virial và mơ hình đa biến, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ -Đại </i>
105
<i>7) Nguyễn Thành Được, Trần Dương, Phạm Văn Tất, Tính toán hệ số </i>
<i>virial và áp suất hơi của hệ CO – CO từ các tính tốn lượng tử ab </i>
<i>initio, Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Khoa học Tự nhiên, tập 128, số </i>
1A, tr.13-25, ISSN 1859-1388, DOI:
106
<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO </b>
[1]. Pham Van Tat (2009), “Prediction of vapor – liquid equilibria of binary
mixtures using quantum calculations and activity coefficients models”,
<i>Tạp chí Hóa học, tập 47 số 5 trang 547 – 551. </i>
[2]. Pham Van Tat, U.K. Deiters (2009), “Monte Carlo simulation of vapor –
<i>liquid equilibria of hydrogen using ab initio intermolecular potentials”, </i>
<i>Tạp chí Hóa học, tập 47 số 5 trang 529 – 534. </i>
<i>[3]. Pham Van Tat, U.K. Deiters (2015), “Calculation of intermolecular </i>
potentials for H2-H2 and H2-O2<i> dimers ab initio and prediction of second </i>
<i>virial coefficients”, Chemical Physics, Volume 457, 18 August 2015, p. </i>
171-179.
[4]. A. Vetere (2005), “An improved method to predict second cross virial
<i>coefficients of pure compounds”, Fluid Phase Equilib., 204:15 – 20. </i>
<i>[5]. A. Stone (2004), “Intermolecular Forces”, Clarendon Press, Oxford. </i>
<i><b>[6]. A. D. Becke (1986)., J. Chem. Phys., 84, 4524. </b></i>
[7]. A. D. Becke. (1986), “Density functional calculations of molecular bond
<i>energies”, J. Chem. Phys., 84, 4524. </i>
[8]. A. E. Nasrabad, R. Laghaei, U. K. Deiters (2004), “Prediction of the
thermophysical properties of pure neon, pure argon, and the binary
mixtures neon-argon and argon-krypton by Monte Carlo simulation using
<i>ab initio potentials”, J. Chem. Phys. 121, 6423. </i>
[9]. A. E. Nasrabad, R. Laghaei (2006), “Computational studies on
thermodynamic properties, effective diameters, and free volume of argon
<i>using an ab initio potential”, J. Chem. Phys. 125, 084510. </i>
107
<i>[11]. A. K. Sum and S. I. Sandler (2002), “Ab initio pair potentials and phase </i>
<i>equilibria predictions of halogenated compounds”, Fluid Phase Equilib., </i>
199:5 – 13.
[12]. A. M. Michels, W. de Graaf and C. A. ten Seldam (1960), “Virial
coefficients of hydrogen and deuterium at temperatures between -1750C
and +1500C conclusion from the 2nd virial coefficients with regards to the
<i>intermolecular potential”, Physica, 26:393. </i>
[13]. A. Z. Panagiotopoulos (1987), “Direct determination of phase
coexistence properties of fluids by Monte Carlo simulation in a new
<i>ensemble”, Mol. Phys., 61, 813-826. </i>
<i>[14]. A. Z. Panagiotopoulos, Computational Methodologies and Potentials for </i>
<i>Phase Equilibria project homepage: </i>
<i>[15]. A.J. Stone (1996), “The theory of Intermolecular Forces”, Published in </i>
<i>the United State by Oxford University Press Inc., New York. </i>
<i>[16]. Accelrys (2007), “MS Modeling Getting Started”, Release 4.0. Accelrys </i>
<i>Software Inc.: San Diego, CA, January. </i>
[17].Axel D.Becke (1988), “Density-functional exchange-energy
<i>approximation with correct asymptotic behavior”, Physical Review A 38 </i>
(6): 3098.
[18]. B. Delley (1990), “An All-Electron Numerical Method for Solving the
<i>Local Density Functional for Polyatomic Molecules”, J. Chem. Phys, 92: </i>
508–517.
[19]. Chin-Teng Lin, C.S. George Lee (1996), “Neural fuzzy systems: a
<i>neurofuzzy synergism to intelligent systems”, Prentice-Hall Inc. </i>
<i>[20]. Christopher J Cramer (2004), “Essential of Computational Chemistry”, </i>
<i>Theories and Models, 2</i>nd edition, John Wiley & Sons.
108
[22]. D. E. Makarov and H. Metiu (1998), “Fitting potential – energy
surfaces: A search in the function space by directed genetic
<i>programming”, J. Chem. Phys., 2:590 – 598. </i>
[23]. D. E. Winterbone (1997), “Advanced Thermodynamics for Engineers”,
<i>John Wiley and Sons, New York. </i>
<i>[24]. D. R. Lide (2000), “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press, </i>
Raton, 85th edition.
[25]. D. S. Wilson and L. L. Lee. (2005), “Chemical potentials and phase
equilibria of Lennard-Jones mixtures: A self-consistent integral equation
<i><b>approach.”, J. Chem. Phys. 123, 044512. </b></i>
<i>[26]. D. S. H. Wong, S. I. Sandler (1992), AIChE J.38, 671. </i>
[27]. David C.Young (2001), “Computational Chemistry – A Practical Guide
<i>for Applying Techniques to Real World Problems”, Wiley – Interscience, </i>
New York.
[28]. David C. Langreth, M J. Mehl (1983), “Beyond the local-density
<i>approximation in calculations of ground-state electronic properties”, </i>
<i>Physical Review B 28 (4): 1809. </i>
[29]. E. Mullins, R. Oldland, Y.A. Liu,; S. Wang, S. I. Sandler, C.C. Chen, M.
Zwolak, K.C. Seavey (2006), “Sigma-Profile Database for Using
<i>COSMO-Based Thermodynamic Methods”, Ind. Eng. Chem. Res., 45. </i>
[30]. E. Sapei, A. Zaytseva, P. Uusi – Kyyny, K. I. Keskinen, J. Aittamaa
<i>(2007), “Vapor Liquid Equilibrium for Binary Systems”, Fluid Phase </i>
<i>Equilibria, 378 – 3812(07), 00334 – 2. </i>
[31]. E. Blake Freedman (1982), “A Thermodynamic Code Based on Tiger:
109
[32]. F. C. William, F. R. Luiz, R. Gargano, and M. S. Geraldo (2005),
“Fitting potential energy surface of reactive system via genetic
<i>algorithm”, Compt. Physics, eprint arXiv:physics/0511131, 1:1 – 10. </i>
[33]. F. C. H. Wong, J. J. Gottlieb., and L.S. Lussier (2003), “Chemical
Equilibrium Analysis of Combustion Products at Constant Volume”,
<i>Defence R & D Canada – Valcartier Technical Report DRDC Valcartier, </i>
tr. 2003-375.
[34]. Frank Jensen (2007), “Introduction to Computational Chemistry”, 2nd
<i>edition, John Wiley & Sons. </i>
[35]. G.M. Wilson (1964), “Vapor-Liquid Equilibria. XI. A New Expression
<i>for the Excess Free Energy of Mixing”, J. Am. Chem. Soc., 86, 127-130. </i>
[36]. H. Renon and J.M. Prausnitz (1968), “Local Compositions in
<i>Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures”, AIChE J., 14, </i>
135-144.
[37]. H. Hotelling (1933), “Analysis of a complex of statistical variables into
<i>principal components”, Journal of Educational Psychology, 24, 417–441, </i>
and 498–520.
[38]. H. P. William, S. A. Teukolsky, T. V. William, and B. P. Flannery
(1992), “Numerical Recipes in C: The Art of Scientific Computing”,
<i>Cambridge, New York. </i>
[39]. I. T. Jolliffe (2002), “Principal Component Analysis”, second edition,
<i>Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-95442-4. </i>
[40]. J. Stoll, J. Vrabec, H. Hasse (2003), “A set of molecular models for
<i>carbon monoxide and halogenated hydrocarbons”, J. Chem. Phys. 119, </i>
11396.
110
[42]. J. Cioslowski (2001),“Quantum Mechanical Prediction of
<i>Thermochemical Data”, Kluwer Academic Publishers, New York. </i>
[43]. J. Zupan., J. Gasteiger. (1992), “Neural networks in Chemistry and Drug
<i>Design”, Wiley-VCH. </i>
[44]. J. Hertz, A. Krogh, and R.G. Palmer. (1991), “Introduction to the
<i>Theory of Neural Computation”, New York: Addison-Wesley. </i>
[45]. J. B. Foresman and A. Frisch (1996), “Exploring Chemistry with
<i>Electronic Structure Methods”, Second Edition, Gaussian, Wallingford. </i>
<i>[46]. J. E. Lennard – Jones (1924), Proc. Royal. Soc., 106:463. </i>
[47]. J. H. Dymond and E. B. Smith (1980), “The Virial Coefficients of Pure
<i><b>[48]. J. P. Perdew, Y. Wang (1992)., Phys. Rev. B, 45, 13244. </b></i>
[49]. J. P. Perdew, Y. Wang. (1992), “Accurate and simple analytic
<i>representation of the electron-gas correlation energy”, Phys. Rev. B, 45, </i>
13244.
[50]. John P. Perdew, J A. Chevary, SH. Vosko, Koblar A. Jackson, Mark R.
Pederson, D J . Singh, Carlos Fiolhais (1992), “Atoms, molecules, solids,
and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for
<i>exchange and correlation”, Physical Review B 46 (11): 6671. </i>
[51]. K. Leonhard and U. K. Deiters (2000), “Monte Carlo simulations of
<i>neon and argon using ab initio potential”, Mol. Phys., 98:1603 – 1616. </i>
[52]. K. Leonhard and U. K. Deiters (2002), “Monte Carlo simulations of
<i>nitrogen using an ab initio potential, Mol. Phys., 100:2571 – 2585. </i>
<i>[53]. K. T. Tang and J. P. Toennies (1984), J. Chem. Phys., 80, 3726-3741. </i>
[54]. K. T. Tang and J. P. Toennies (1984), “An improved simple model for
111
[55]. K.P. Huber, G. Herzberg (1979), “Molecular Spectra and Molecular
<i>Structure. IV. Constants of Diatomic Molecules”, Van Nostrand Reinhold </i>
<i>Co. </i>
<i>[56]. Klamt (1998), “A. COSMO and COSMO-RS”, In Encyclopedia of </i>
<i>Computational Chemistry; Schleyer, P. v. R., Ed.; Chichester. </i>
[57]. M. Head Gordon (1996), “Quantum chemistry and molecular
<i>processes”, J. Phys. Chem., 100:13213–13225. </i>
[58]. M. Abbaspour, E. K. Goharshadi (2006), “Determination of potential
energy functions of CO–CO, CO2–CO2, and N2O–N2O and calculation of
<i>their transport properties”, Chemical Physics 330, 313–325. </i>
[59]. M. G. Martin and J. I. Siepmann (1998), “Calculating Gibbs free
energies of transfer from Gibbs ensemble Monte Carlo simulations”,
<i>Theor. Chem. Acc., 99:347 – 350. </i>
[60]. M. H. Karimi-Jafari, Mitra Ashouria and Azadeh Yeganeh-Jabri (2009),
<i>“Coping with the anisotropy in the analytical representation of an ab initio </i>
potential energy surface for the Cl2 dimer”, Phys.Chem. Chem.Phys, 11,
5561–556.
[61]. M. L. Leininger, W. D. Allen, H. F. Schaefer, and C. D. Sherrill (2000),
<i>“Is Møller – Plesset perturbation theory a convergent ab initio method?”, </i>
<i>J. Chem. Phys, 112:9213 – 922. </i>
[62]. M. P. Allen, D. J. Tildesley (1991), “Computer Simulation of Liquids”,
<i>Clarendon Press Oxford. </i>
[63]. Michael Greenacre (1983), “Theory and Applications of
<i>Correspondence Analysis”, London: Academic Press, ISBN </i>
978-0-12-299050-2.
[64]. N. R. Draper and H. Smith (1998), “Applied Regression Analysis”,
112
[65]. P. Sun Yong and J. Shin Lee (2002), “Basis set limit binding energies of
<i>dimers derived from basis set convergence of monomer energies”, J. </i>
<i>Chem. Phys., 116:5389 – 5394. </i>
[66]. P. E. S. Wormer (2005), “Second virial coefficients of asymmetric top
<i>molecules”, J. Phys. Chem., 122:184301 – 184307. </i>
[67]. P. M. Morse (1929), “Diatomic molecules according to the wave
<i>mechanics”, Phys. Rev., 34:57 – 64. </i>
[68]. P. S. Y. Cheung and J. G. Powles (1975), “Properties of liquid –
<i>nitrogen. 4. Computer – simulation”, Mol. Phys., 30:921 – 949. </i>
[69]. R. Xiong, S. I. Sandler, and R. I. Burnett (2014), “An Improvement to
<i>COSMO-SAC for Predicting Thermodynamic Properties”, Ind. Eng. </i>
<i><b>Chem. Res., 53, 8265–8278. </b></i>
[70]. R. Stryjek; J. H. Vera (1986), “PRSV: An improved Peng–Robinson
<i>equation of state for pure compounds and mixtures”, The Canadian </i>
<i>Journal of Chemical Engineering, 64 (2): 323–333. </i>
<i>[71]. R. A. Kendall, T. H. Dunning, Jr., R. J. Harrison (1992), J. Chem. Phys., </i>
96 6796-6806.
[72]. R. J. Sadus (2002), “Molecular Simulation of Fluids, Theory, algorithms
<i>and Object-Orientation”, Elservier, New York. </i>
<i>[73]. R. T. Pack (1983), J. Chem. Phys., 78, 7217-7222. </i>
[74]. R. T. Pack (1983), “First quantum correction to second virial
<i>coefficients for anisotropic interactions: simple, corrected formula”, J. </i>
<i>Chem. Phys., 78:7217 – 7222. </i>
[75]. R.D. McCarty (1989), “Correlations for the Thermophysical Properties
<i>of Carbon Monoxide”, National Institute of Standards and Technology, </i>
Boulder, CO.
[76]. Gaussian03TM<i> (2003), Revision B.02. Gaussian Inc, Wallingford, CT, </i>
113
[77]. S. Gordon and B.J. McBride (1971), “Computer Program for
Computation of Complex Chemical Equilibrium Compositions, Rocket
Performance, Incident and Reflected Shocks, and Chapman-Jouguet
<i>Detonations”, National Aeronautics and Space Administration (NASA), </i>
NASA-SP-273.
<i>[78]. S. F. Boys and F. Bernardi (1970), Mol. Phys., 19, 553 – 566. </i>
<i>[79]. S. J. Vosko, L. Wilk, M. Nusair (1980), “A critical analysis”, Can. J. </i>
<i><b>Phys., 58, 1200-1211. </b></i>
<i>[80]. S. L. Garrison and S. I. Sandler (2002), “On the use of ab initio </i>
interaction energies for the accurate calculation of thermodynamic
<i>properties”, J. Chem. Phys.,117:10571 – 10580. </i>
<i>[81]. S.T. Lin (2000), Quantum Mechanical Approaches to the Prediction of </i>
<i>Phase Equilibria: Solvation Thermodynamics and Group Contribution </i>
<i>Methods, Ph.D. Dissertation, University of Delaware, Newark, DE. </i>
[82]. S.T. Lin, S.I. Sandler (2002), “A Priori Phase Equilibrium Prediction
<i>from a Segment Contribution Solvation Model”, Ind. Eng. Chem. Res., 41, </i>
899.
[83]. T. Korona, H. L. Williams, R. Bukowski, B. Jeziorski, and K. Szalewicz
(1997), “Helium dimer potential from symmetry – adapted perturbation
<i>theory calculations using large gaussian geminal and orbital basis sets”, J. </i>
<i>Chem. Phys., 106:5109 – 5122. </i>
[84]. T. Helgaker, P. Jorgensen, and J. Olsen (2000), “Molecular Electronic –
<i>Structure Theory”, John Wiley and Sons, New York. </i>
114
[86]. T. H. Dunning Jr (1970), “Gaussian basis function for use in molecular
calculations. I. Contraction of atomic basis sets for the first – row atom”,
<i>J. Chem. Phys., 53:2823. </i>
[87]. U. K. Deiters (1981), “A new semiempirical equation of state for
<i>fluids”, Chem. Eng. Sci., 36, 1139. </i>
<i>[88]. W. Hardle (1990), Applied Nonparametric Regression, ISBN </i>
0-521-42950-1.
<i>[89]. W. Squire (1970), “Integration for Engineers and Scientists”, Elsevier, </i>
New York.
<i>[90]. W. F. Wang (2003), “Atomic potential parameters for H</i>2 and D2:
<i>quantum corrections in the calculation of second virial coefficients”, J. </i>
<i>Quanti. Spectr. And Radia. Tran., 76:23 – 30. </i>
<i>[91]. W. F. Wang (2003), J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 76, 23-30. </i>
[92]. National Institute of Standards and Technology (NIST),
/>
<i>[93]. U. K. Deiters, ThermoC project homepage: </i>
115
<b>PHỤ LỤC </b>
<i><b>Bảng 1. Các giá trị năng lƣợng ab initio cho tƣơng tác N</b></i><b>2-N2</b>
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
3.6 0 0 0 12539.103 11145.087 10536.324
3.8 0 0 0 5781.667 5084.046 4833.366
4 0 0 0 2548.622 2195.579 2138.254
4.2 0 0 0 1035.626 854.876 852.161
4.4 0 0 0 351.778 258.320 241.887
4.6 0 0 0 60.550 12.024 -39.016
4.8 0 0 0 -49.751 -74.734 -158.314
5 0 0 0 -80.297 -92.716 -198.792
5.2 0 0 0 -78.402 -84.008 -201.814
5.4 0 0 0 -65.456 -67.329 -188.145
5.6 0 0 0 -50.583 -50.411 -168.145
5.8 0 0 0 -37.259 -35.990 -146.872
6 0 0 0 -26.471 -24.648 -126.664
6.2 0 0 0 -18.189 -16.125 -108.481
6.4 0 0 0 -12.031 -9.910 -92.592
6.6 0 0 0 -7.554 -5.480 -78.937
6.8 0 0 0 -4.353 -2.383 -67.314
7 0 0 0 -2.100 -0.264 -57.472
7.2 0 0 0 -0.541 1.150 -49.159
7.4 0 0 0 0.516 2.060 -42.143
7.6 0 0 0 1.213 2.615 -36.220
7.8 0 0 0 1.653 2.920 -31.212
8 0 0 0 1.911 3.054 -26.970
8.2 0 0 0 2.042 3.070 -23.370
8.4 0 0 0 2.084 3.009 -20.307
8.6 0 0 0 2.066 2.897 -17.694
8.8 0 0 0 2.009 2.756 -15.460
9 0 0 0 1.926 2.597 -13.543
9.2 0 0 0 1.827 2.431 -11.895
9.4 0 0 0 1.721 2.265 -10.474
9.6 0 0 0 1.612 2.101 -9.246
9.8 0 0 0 1.504 1.944 -8.181
10 0 0 0 1.398 1.796 -7.255
116
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
10.4 0 0 0 1.200 1.525 -5.745
10.6 0 0 0 1.109 1.403 -5.128
10.8 0 0 0 1.024 1.291 -4.588
11 0 0 0 0.945 1.187 -4.112
11.2 0 0 0 0.872 1.092 -3.692
11.4 0 0 0 0.804 1.004 -3.322
11.6 0 0 0 0.742 0.924 -2.994
11.8 0 0 0 0.684 0.850 -2.703
12 0 0 0 0.631 0.783 -2.445
3.6 45 0 0 4365.278 3558.331 3211.420
3.8 45 0 0 1744.932 1297.687 1090.264
4 45 0 0 571.181 275.283 175.659
4.2 45 0 0 79.451 -143.779 -197.774
4.4 45 0 0 -100.720 -280.396 -327.749
4.6 45 0 0 -145.654 -293.225 -350.228
4.8 45 0 0 -137.137 -258.332 -327.960
5 45 0 0 -111.623 -210.507 -289.832
5.2 45 0 0 -84.284 -164.400 -248.833
5.4 45 0 0 -60.613 -125.183 -210.454
5.6 45 0 0 -41.926 -93.814 -176.665
5.8 45 0 0 -27.903 -69.568 -147.835
6 45 0 0 -17.712 -51.204 -123.644
6.2 45 0 0 -10.475 -37.466 -103.525
6.4 45 0 0 -5.434 -27.264 -86.863
6.6 45 0 0 -1.989 -19.722 -73.084
6.8 45 0 0 0.315 -14.161 -61.683
7 45 0 0 1.810 -10.067 -52.236
7.2 45 0 0 2.739 -7.057 -44.389
7.4 45 0 0 3.275 -4.847 -37.853
7.6 45 0 0 3.542 -3.227 -32.392
7.8 45 0 0 3.627 -2.043 -27.814
8 45 0 0 3.591 -1.182 -23.964
8.2 45 0 0 3.476 -0.559 -20.714
8.4 45 0 0 3.315 -0.114 -17.963
8.6 45 0 0 3.126 0.201 -15.624
8.8 45 0 0 2.924 0.419 -13.631
117
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
9.2 45 0 0 2.518 0.658 -10.464
9.4 45 0 0 2.325 0.713 -9.206
9.6 45 0 0 2.140 0.740 -8.120
9.8 45 0 0 1.967 0.746 -7.180
10 45 0 0 1.806 0.738 -6.364
10.2 45 0 0 1.657 0.719 -5.654
10.4 45 0 0 1.519 0.694 -5.034
10.6 45 0 0 1.393 0.665 -4.492
10.8 45 0 0 1.277 0.632 -4.017
11 45 0 0 1.170 0.599 -3.599
11.2 45 0 0 1.073 0.565 -3.231
11.4 45 0 0 0.985 0.532 -2.907
11.6 45 0 0 0.904 0.499 -2.619
11.8 45 0 0 0.830 0.468 -2.364
12 45 0 0 0.762 0.438 -2.138
3.2 90 0 0 7765.237 6374.009 5845.719
3.4 90 0 0 3285.140 2450.091 1971.607
3.6 90 0 0 1164.843 652.732 416.915
3.8 90 0 0 230.450 -107.015 -179.500
4 90 0 0 -132.011 -378.103 -376.332
4.2 90 0 0 -233.722 -431.377 -409.249
4.4 90 0 0 -227.055 -396.819 -379.145
4.6 90 0 0 -183.332 -334.336 -329.128
4.8 90 0 0 -133.710 -269.750 -277.082
5 90 0 0 -90.158 -212.811 -229.822
5.2 90 0 0 -55.954 -166.047 -189.354
5.4 90 0 0 -30.784 -129.011 -155.687
5.6 90 0 0 -13.106 -100.234 -128.083
5.8 90 0 0 -1.186 -78.087 -105.605
6 90 0 0 6.509 -61.101 -87.347
6.2 90 0 0 11.203 -48.071 -72.514
6.4 90 0 0 13.821 -38.048 -60.442
6.6 90 0 0 15.036 -30.307 -50.590
6.8 90 0 0 15.326 -24.296 -42.522
7 90 0 0 15.028 -19.601 -35.890
7.2 90 0 0 14.371 -15.912 -30.416
118
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
7.6 90 0 0 12.556 -10.675 -22.107
7.8 90 0 0 11.570 -8.818 -18.955
8 90 0 0 10.598 -7.323 -16.311
8.2 90 0 0 9.666 -6.113 -14.084
8.4 90 0 0 8.789 -5.127 -12.203
8.6 90 0 0 7.975 -4.320 -10.606
8.8 90 0 0 7.227 -3.656 -9.248
9 90 0 0 6.543 -3.108 -8.087
9.2 90 0 0 5.922 -2.652 -7.092
9.4 90 0 0 5.359 -2.272 -6.237
9.6 90 0 0 4.850 -1.953 -5.499
9.8 90 0 0 4.391 -1.686 -4.861
10 90 0 0 3.978 -1.459 -4.308
10.2 90 0 0 3.606 -1.268 -3.826
10.4 90 0 0 3.271 -1.105 -3.406
10.6 90 0 0 2.970 -0.965 -3.039
10.8 90 0 0 2.699 -0.846 -2.717
11 90 0 0 2.455 -0.744 -2.434
11.2 90 0 0 2.235 -0.655 -2.185
11.4 90 0 0 2.037 -0.579 -1.965
11.6 90 0 0 1.858 -0.513 -1.771
11.8 90 0 0 1.696 -0.455 -1.598
12 90 0 0 1.551 -0.405 -1.445
3.4 45 45 0 5502.547 4694.777 4395.000
3.6 45 45 0 2260.608 1895.727 1732.834
3.8 45 45 0 798.620 620.402 574.112
4 45 45 0 171.218 75.588 77.155
4.2 45 45 0 -73.865 -129.469 -123.656
4.4 45 45 0 -150.165 -183.849 -191.714
4.6 45 45 0 -156.629 -176.839 -201.505
4.8 45 45 0 -137.801 -149.085 -187.319
5 45 45 0 -112.807 -117.997 -164.877
5.2 45 45 0 -89.157 -90.207 -141.203
5.4 45 45 0 -69.253 -67.568 -119.227
5.6 45 45 0 -53.383 -49.980 -99.970
5.8 45 45 0 -41.070 -36.675 -83.586
119
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
6.2 45 45 0 -24.466 -19.439 -58.470
6.4 45 45 0 -19.007 -14.057 -49.042
6.6 45 45 0 -14.846 -10.111 -41.250
6.8 45 45 0 -11.663 -7.221 -34.808
7 45 45 0 -9.215 -5.105 -29.471
7.2 45 45 0 -7.323 -3.556 -25.041
7.4 45 45 0 -5.853 -2.424 -21.351
7.6 45 45 0 -4.703 -1.597 -18.269
7.8 45 45 0 -3.798 -0.995 -15.686
8 45 45 0 -3.083 -0.558 -13.514
8.2 45 45 0 -2.515 -0.244 -11.680
8.4 45 45 0 -2.060 -0.020 -10.128
8.6 45 45 0 -1.695 0.137 -8.810
8.8 45 45 0 -1.401 0.245 -7.686
9 45 45 0 -1.162 0.317 -6.724
9.2 45 45 0 -0.967 0.362 -5.900
9.4 45 45 0 -0.808 0.387 -5.190
9.6 45 45 0 -0.677 0.398 -4.578
9.8 45 45 0 -0.570 0.400 -4.048
10 45 45 0 -0.481 0.394 -3.588
10.2 45 45 0 -0.407 0.383 -3.187
10.4 45 45 0 -0.345 0.368 -2.838
10.6 45 45 0 -0.294 0.352 -2.533
10.8 45 45 0 -0.251 0.334 -2.265
11 45 45 0 -0.214 0.316 -2.029
11.2 45 45 0 -0.184 0.298 -1.822
11.4 45 45 0 -0.158 0.280 -1.638
11.6 45 45 0 -0.136 0.263 -1.476
11.8 45 45 0 -0.117 0.246 -1.333
12 45 45 0 -0.101 0.230 -1.205
2.8 90 90 0 5963.928 5186.633 4938.626
3 90 90 0 2414.176 1976.161 1592.432
3.2 90 90 0 792.165 525.548 370.346
3.4 90 90 0 96.858 -73.426 -61.166
3.6 90 90 0 -167.328 -278.743 -193.026
3.8 90 90 0 -240.168 -313.627 -212.801
120
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
4.2 90 90 0 -201.990 -233.375 -164.068
4.4 90 90 0 -164.270 -184.299 -134.705
4.6 90 90 0 -129.921 -142.348 -109.071
4.8 90 90 0 -101.426 -108.803 -87.861
5 90 90 0 -78.818 -82.877 -70.744
5.2 90 90 0 -61.278 -63.189 -57.086
5.4 90 90 0 -47.811 -48.357 -46.235
5.6 90 90 0 -37.505 -37.210 -37.615
5.8 90 90 0 -29.610 -28.819 -30.754
6 90 90 0 -23.541 -22.479 -25.273
6.2 90 90 0 -18.850 -17.662 -20.876
6.4 90 90 0 -15.201 -13.980 -17.332
6.6 90 90 0 -12.344 -11.147 -14.462
6.8 90 90 0 -10.091 -8.950 -12.125
7 90 90 0 -8.303 -7.235 -10.213
7.2 90 90 0 -6.873 -5.887 -8.641
7.4 90 90 0 -5.722 -4.819 -7.343
7.6 90 90 0 -4.790 -3.969 -6.265
7.8 90 90 0 -4.031 -3.287 -5.367
8 90 90 0 -3.409 -2.737 -4.615
8.2 90 90 0 -2.896 -2.291 -3.982
8.4 90 90 0 -2.471 -1.926 -3.448
8.6 90 90 0 -2.118 -1.628 -2.996
8.8 90 90 0 -1.822 -1.381 -2.611
9 90 90 0 -1.573 -1.177 -2.283
9.2 90 90 0 -1.364 -1.007 -2.001
9.4 90 90 0 -1.186 -0.865 -1.759
9.6 90 90 0 -1.035 -0.745 -1.551
9.8 90 90 0 -0.906 -0.645 -1.371
10 90 90 0 -0.795 -0.560 -1.215
10.2 90 90 0 -0.700 -0.487 -1.079
10.4 90 90 0 -0.618 -0.425 -0.960
10.6 90 90 0 -0.547 -0.373 -0.857
10.8 90 90 0 -0.485 -0.327 -0.766
11 90 90 0 -0.432 -0.288 -0.686
11.2 90 90 0 -0.385 -0.255 -0.616
121
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
11.6 90 90 0 -0.308 -0.200 -0.499
11.8 90 90 0 -0.276 -0.178 -0.450
12 90 90 0 -0.248 -0.159 -0.407
3.4 45 45 45 4652.272 3715.368 3717.804
3.6 45 45 45 1873.661 1388.879 1373.669
3.8 45 45 45 603.749 346.650 373.897
4 45 45 45 59.203 -80.674 -39.812
4.2 45 45 45 -146.631 -224.546 -195.064
4.4 45 45 45 -201.406 -245.591 -237.131
4.6 45 45 45 -194.107 -219.363 -231.501
4.8 45 45 45 -165.487 -179.808 -207.820
5 45 45 45 -133.161 -141.012 -179.325
5.2 45 45 45 -103.948 -107.905 -151.667
5.4 45 45 45 -79.841 -81.435 -126.989
5.6 45 45 45 -60.830 -60.997 -105.850
5.8 45 45 45 -46.199 -45.521 -88.122
6 45 45 45 -35.082 -33.927 -73.421
6.2 45 45 45 -26.688 -25.288 -61.295
6.4 45 45 45 -20.363 -18.863 -51.315
6.6 45 45 45 -15.592 -14.084 -43.098
6.8 45 45 45 -11.986 -10.524 -36.325
7 45 45 45 -9.250 -7.866 -30.727
7.2 45 45 45 -7.166 -5.876 -26.087
7.4 45 45 45 -5.572 -4.383 -22.230
7.6 45 45 45 -4.347 -3.259 -19.011
7.8 45 45 45 -3.401 -2.411 -16.316
8 45 45 45 -2.668 -1.770 -14.052
8.2 45 45 45 -2.097 -1.285 -12.142
8.4 45 45 45 -1.651 -0.918 -10.526
8.6 45 45 45 -1.301 -0.640 -9.154
8.8 45 45 45 -1.026 -0.430 -7.984
9 45 45 45 -0.808 -0.271 -6.985
9.2 45 45 45 -0.636 -0.152 -6.127
9.4 45 45 45 -0.500 -0.063 -5.390
9.6 45 45 45 -0.392 0.002 -4.753
9.8 45 45 45 -0.305 0.050 -4.203
122
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
10.2 45 45 45 -0.182 0.109 -3.309
10.4 45 45 45 -0.138 0.125 -2.946
10.6 45 45 45 -0.103 0.136 -2.629
10.8 45 45 45 -0.075 0.141 -2.351
11 45 45 45 -0.053 0.144 -2.106
11.2 45 45 45 -0.035 0.143 -1.891
11.4 45 45 45 -0.021 0.141 -1.701
11.6 45 45 45 -0.010 0.138 -1.532
11.8 45 45 45 -0.002 0.133 -1.383
12 45 45 45 0.005 0.128 -1.251
2.8 90 90 90 5041.144 4306.347 4079.585
3 90 90 90 1960.021 1556.921 1180.538
3.2 90 90 90 583.633 317.223 156.993
3.4 90 90 90 16.745 -185.854 -179.746
3.6 90 90 90 -181.958 -346.991 -263.225
3.8 90 90 90 -223.249 -360.525 -256.720
4 90 90 90 -204.265 -318.428 -222.465
4.2 90 90 90 -167.625 -261.938 -183.744
4.4 90 90 90 -130.571 -207.954 -148.601
4.6 90 90 90 -99.000 -162.180 -119.163
4.8 90 90 90 -74.045 -125.494 -95.365
5 90 90 90 -55.056 -96.933 -76.434
5.2 90 90 90 -40.894 -75.022 -61.473
5.4 90 90 90 -30.436 -58.320 -49.666
5.6 90 90 90 -22.741 -45.602 -40.332
5.8 90 90 90 -17.079 -35.897 -32.929
6 90 90 90 -12.900 -28.459 -27.031
6.2 90 90 90 -9.803 -22.726 -22.309
6.4 90 90 90 -7.495 -18.279 -18.510
6.6 90 90 90 -5.765 -14.806 -15.436
6.8 90 90 90 -4.460 -12.073 -12.936
7 90 90 90 -3.470 -9.910 -10.892
7.2 90 90 90 -2.714 -8.184 -9.213
7.4 90 90 90 -2.133 -6.798 -7.827
7.6 90 90 90 -1.684 -5.679 -6.677
7.8 90 90 90 -1.336 -4.769 -5.719
123
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i> E-pV23Z </i>
8.2 90 90 90 -0.850 -3.413 -4.242
8.4 90 90 90 -0.681 -2.907 -3.673
8.6 90 90 90 -0.548 -2.486 -3.191
8.8 90 90 90 -0.442 -2.135 -2.781
9 90 90 90 -0.357 -1.841 -2.431
9.2 90 90 90 -0.289 -1.593 -2.131
9.4 90 90 90 -0.234 -1.384 -1.874
9.6 90 90 90 -0.190 -1.205 -1.652
9.8 90 90 90 -0.155 -1.054 -1.460
10 90 90 90 -0.126 -0.924 -1.293
10.2 90 90 90 -0.102 -0.812 -1.149
10.4 90 90 90 -0.083 -0.716 -1.022
10.6 90 90 90 -0.068 -0.633 -0.912
10.8 90 90 90 -0.055 -0.561 -0.815
11 90 90 90 -0.044 -0.499 -0.730
11.2 90 90 90 -0.036 -0.444 -0.656
11.4 90 90 90 -0.029 -0.396 -0.590
11.6 90 90 90 -0.023 -0.355 -0.531
11.8 90 90 90 -0.018 -0.318 -0.479
124
<i><b>Bảng 2. Các giá trị năng lƣợng ab initio cho tƣơng tác CO-CO </b></i>
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
3.6 0 0 0 30922.854 28522.526 27512.396
3.8 0 0 0 16903.904 15449.208 14836.597
4 0 0 0 9110.992 8253.564 7892.438
4.2 0 0 0 4836.918 4343.121 4135.190
4.4 0 0 0 2528.035 2248.949 2131.461
4.6 0 0 0 1303.207 1147.327 1081.710
4.8 0 0 0 668.103 580.883 544.152
5 0 0 0 348.439 298.268 277.113
5.2 0 0 0 193.880 162.967 149.908
5.4 0 0 0 123.226 101.892 92.864
5.6 0 0 0 93.425 76.624 69.513
5.8 0 0 0 82.216 67.474 61.243
6 0 0 0 78.495 64.711 58.897
6.2 0 0 0 77.025 63.791 58.223
6.4 0 0 0 75.563 62.799 57.442
6.6 0 0 0 73.336 61.092 55.965
6.8 0 0 0 70.242 58.603 53.738
7 0 0 0 66.446 55.486 50.913
7.2 0 0 0 62.188 51.956 47.693
7.4 0 0 0 57.696 48.216 44.271
7.6 0 0 0 53.158 44.427 40.799
7.8 0 0 0 48.712 40.711 37.390
8 0 0 0 44.453 37.149 34.120
8.2 0 0 0 40.440 33.792 31.037
8.4 0 0 0 36.705 30.668 28.168
8.6 0 0 0 33.262 27.789 25.523
8.8 0 0 0 30.111 25.153 23.101
9 0 0 0 27.241 22.753 20.897
9.2 0 0 0 24.638 20.577 18.898
9.4 0 0 0 22.285 18.610 17.091
9.6 0 0 0 20.161 16.835 15.461
9.8 0 0 0 18.248 15.236 13.992
10 0 0 0 16.525 13.797 12.670
10.2 0 0 0 14.976 12.502 11.481
10.4 0 0 0 13.582 11.338 10.412
125
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
10.8 0 0 0 11.201 9.349 8.585
11 0 0 0 10.186 8.501 7.806
11.2 0 0 0 9.272 7.738 7.106
11.4 0 0 0 8.448 7.050 6.474
11.6 0 0 0 7.705 6.430 5.905
11.8 0 0 0 7.035 5.871 5.391
12 0 0 0 6.430 5.366 4.927
12.2 0 0 0 5.883 4.909 4.508
12.4 0 0 0 5.388 4.496 4.128
12.6 0 0 0 4.939 4.121 3.784
12.8 0 0 0 4.533 3.782 3.473
13 0 0 0 4.164 3.474 3.190
13.2 0 0 0 3.829 3.195 2.933
13.4 0 0 0 3.524 2.941 2.700
13.6 0 0 0 3.247 2.709 2.488
13.8 0 0 0 2.995 2.498 2.294
14 0 0 0 2.764 2.306 2.117
3.6 0 45 0 10214.445 8962.072 8434.642
3.8 0 45 0 5265.437 4559.201 4261.699
4 0 45 0 2551.138 2175.327 2017.030
4.2 0 45 0 1112.371 927.123 849.118
4.4 0 45 0 383.845 303.167 269.209
4.6 0 45 0 40.169 13.405 2.143
4.8 0 45 0 -101.990 -103.467 -104.093
5 0 45 0 -143.640 -135.250 -131.732
5.2 0 45 0 -138.976 -128.501 -124.109
5.4 0 45 0 -116.076 -107.041 -103.254
5.6 0 45 0 -88.748 -82.418 -79.764
5.8 0 45 0 -63.210 -59.728 -58.266
6 0 45 0 -41.791 -40.803 -40.382
6.2 0 45 0 -24.929 -25.915 -26.318
6.4 0 45 0 -12.233 -14.668 -15.675
6.6 0 45 0 -3.018 -6.444 -7.863
6.8 0 45 0 3.435 -0.609 -2.283
7 0 45 0 7.776 3.400 1.589
7.2 0 45 0 10.541 6.045 4.183
126
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
7.6 0 45 0 12.951 8.616 6.822
7.8 0 45 0 13.172 9.034 7.322
8 0 45 0 13.003 9.100 7.487
8.2 0 45 0 12.576 8.929 7.422
8.4 0 45 0 11.989 8.604 7.205
8.6 0 45 0 11.309 8.183 6.892
8.8 0 45 0 10.586 7.710 6.522
9 0 45 0 9.851 7.213 6.123
9.2 0 45 0 9.127 6.712 5.715
9.4 0 45 0 8.429 6.222 5.310
9.6 0 45 0 7.766 5.750 4.918
9.8 0 45 0 7.142 5.302 4.543
10 0 45 0 6.560 4.881 4.189
10.2 0 45 0 6.020 4.489 3.857
10.4 0 45 0 5.522 4.125 3.549
10.6 0 45 0 5.063 3.788 3.263
10.8 0 45 0 4.643 3.479 2.999
11 0 45 0 4.257 3.194 2.756
11.2 0 45 0 3.905 2.933 2.532
11.4 0 45 0 3.583 2.694 2.328
11.6 0 45 0 3.289 2.476 2.140
11.8 0 45 0 3.021 2.276 1.969
12 0 45 0 2.776 2.093 1.811
12.2 0 45 0 2.553 1.926 1.668
12.4 0 45 0 2.349 1.774 1.536
12.6 0 45 0 2.163 1.634 1.416
12.8 0 45 0 1.993 1.507 1.306
13 0 45 0 1.838 1.390 1.206
13.2 0 45 0 1.696 1.284 1.114
13.4 0 45 0 1.567 1.186 1.029
13.6 0 45 0 1.448 1.097 0.952
13.8 0 45 0 1.339 1.015 0.881
14 0 45 0 1.240 0.940 0.816
3.4 0 90 0 18977.529 16872.085 15986.030
3.6 0 90 0 10214.445 8962.072 8434.642
3.8 0 90 0 5265.437 4559.201 4261.699
127
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
4.2 0 90 0 1112.371 927.123 849.118
4.4 0 90 0 383.845 303.167 269.209
4.6 0 90 0 40.169 13.405 2.143
4.8 0 90 0 -101.990 -103.467 -104.093
5 0 90 0 -143.640 -135.250 -131.732
5.2 0 90 0 -138.976 -128.501 -124.109
5.4 0 90 0 -116.076 -107.041 -103.254
5.6 0 90 0 -88.748 -82.418 -79.764
5.8 0 90 0 -63.210 -59.728 -58.266
6 0 90 0 -41.791 -40.803 -40.382
6.2 0 90 0 -24.929 -25.915 -26.318
6.4 0 90 0 -12.233 -14.668 -15.675
6.6 0 90 0 -3.018 -6.444 -7.863
6.8 0 90 0 3.435 -0.609 -2.283
7 0 90 0 7.776 3.400 1.589
7.2 0 90 0 10.541 6.045 4.183
7.4 0 90 0 12.156 7.690 5.841
7.6 0 90 0 12.951 8.616 6.822
7.8 0 90 0 13.172 9.034 7.322
8 0 90 0 13.003 9.100 7.487
8.2 0 90 0 12.576 8.929 7.422
8.4 0 90 0 11.989 8.604 7.205
8.6 0 90 0 11.309 8.183 6.892
8.8 0 90 0 10.586 7.710 6.522
9 0 90 0 9.851 7.213 6.123
9.2 0 90 0 9.127 6.712 5.715
9.4 0 90 0 8.429 6.222 5.310
9.6 0 90 0 7.766 5.750 4.918
9.8 0 90 0 7.142 5.302 4.543
10 0 90 0 6.560 4.881 4.189
10.2 0 90 0 6.020 4.489 3.857
10.4 0 90 0 5.522 4.125 3.549
10.6 0 90 0 5.063 3.788 3.263
10.8 0 90 0 4.643 3.479 2.999
11 0 90 0 4.257 3.194 2.756
11.2 0 90 0 3.905 2.933 2.532
128
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
11.6 0 90 0 3.289 2.476 2.140
11.8 0 90 0 3.021 2.276 1.969
12 0 90 0 2.776 2.093 1.811
12.2 0 90 0 2.553 1.926 1.668
12.4 0 90 0 2.349 1.774 1.536
12.6 0 90 0 2.163 1.634 1.416
12.8 0 90 0 1.993 1.507 1.306
13 0 90 0 1.838 1.390 1.206
13.2 0 90 0 1.696 1.284 1.114
13.4 0 90 0 1.567 1.186 1.029
13.6 0 90 0 1.448 1.097 0.952
13.8 0 90 0 1.339 1.015 0.881
14 0 90 0 1.240 0.940 0.816
3.6 0 180 0 12358.691 12913.491 14231.093
3.8 0 180 0 5755.764 6074.569 6829.270
4 0 180 0 2538.961 2724.933 3166.099
4.2 0 180 0 1020.173 1124.466 1372.922
4.4 0 180 0 336.920 388.282 511.236
4.6 0 180 0 54.110 70.619 110.456
4.8 0 180 0 -44.240 -50.370 -64.756
5 0 180 0 -63.026 -83.281 -131.580
5.2 0 180 0 -51.582 -80.019 -147.967
5.4 0 180 0 -31.964 -64.495 -142.250
5.6 0 180 0 -13.176 -47.062 -128.029
5.8 0 180 0 1.780 -31.694 -111.623
6 0 180 0 12.485 -19.495 -95.796
6.2 0 180 0 19.494 -10.385 -81.611
6.4 0 180 0 23.619 -3.870 -69.339
6.6 0 180 0 25.635 0.619 -58.912
6.8 0 180 0 26.183 3.592 -50.129
7 0 180 0 25.754 5.462 -42.756
7.2 0 180 0 24.708 6.549 -36.572
7.4 0 180 0 23.300 7.090 -31.379
7.6 0 180 0 21.706 7.260 -27.008
7.8 0 180 0 20.046 7.181 -23.320
8 0 180 0 18.397 6.944 -20.198
129
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
8.4 0 180 0 15.303 6.220 -15.290
8.6 0 180 0 13.903 5.807 -13.362
8.8 0 180 0 12.612 5.388 -11.709
9 0 180 0 11.429 4.978 -10.288
9.2 0 180 0 10.352 4.584 -9.062
9.4 0 180 0 9.374 4.211 -8.003
9.6 0 180 0 8.490 3.862 -7.085
9.8 0 180 0 7.691 3.537 -6.286
10 0 180 0 6.971 3.237 -5.590
10.2 0 180 0 6.322 2.962 -4.982
10.4 0 180 0 5.737 2.709 -4.449
10.6 0 180 0 5.211 2.478 -3.981
10.8 0 180 0 4.737 2.267 -3.570
11 0 180 0 4.310 2.075 -3.207
11.2 0 180 0 3.925 1.899 -2.886
11.4 0 180 0 3.578 1.740 -2.602
11.6 0 180 0 3.264 1.595 -2.349
11.8 0 180 0 2.982 1.463 -2.125
12 0 180 0 2.726 1.342 -1.926
12.2 0 180 0 2.495 1.233 -1.747
12.4 0 180 0 2.286 1.133 -1.588
12.6 0 180 0 2.096 1.042 -1.445
12.8 0 180 0 1.924 0.960 -1.317
13 0 180 0 1.768 0.884 -1.202
13.2 0 180 0 1.626 0.815 -1.099
13.4 0 180 0 1.497 0.752 -1.006
13.6 0 180 0 1.379 0.695 -0.921
13.8 0 180 0 1.272 0.642 -0.845
14 0 180 0 1.175 0.594 -0.776
3.4 45 45 0 13002.559 11539.581 10924.178
3.6 45 45 0 6940.445 6063.563 5694.372
3.8 45 45 0 3584.021 3074.832 2860.373
4 45 45 0 1775.822 1487.014 1365.373
4.2 45 45 0 831.666 670.249 602.273
4.4 45 45 0 358.173 268.022 230.064
4.6 45 45 0 134.228 82.659 60.944
130
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
5 45 45 0 4.554 -16.691 -25.647
5.2 45 45 0 -0.808 -17.123 -24.005
5.4 45 45 0 4.848 -9.116 -15.007
5.6 45 45 0 13.324 0.537 -4.855
5.8 45 45 0 21.080 9.010 3.924
6 45 45 0 26.889 15.407 10.574
6.2 45 45 0 30.587 19.703 15.126
6.4 45 45 0 32.450 22.212 17.911
6.6 45 45 0 32.883 23.337 19.330
6.8 45 45 0 32.284 23.455 19.752
7 45 45 0 30.990 22.881 19.482
7.2 45 45 0 29.264 21.860 18.758
7.4 45 45 0 27.304 20.573 17.756
7.6 45 45 0 25.248 19.152 16.601
7.8 45 45 0 23.191 17.685 15.383
8 45 45 0 21.198 16.234 14.159
8.2 45 45 0 19.307 14.837 12.970
8.4 45 45 0 17.538 13.518 11.838
8.6 45 45 0 15.903 12.287 10.778
8.8 45 45 0 14.403 11.152 9.795
9 45 45 0 13.035 10.111 8.891
9.2 45 45 0 11.793 9.162 8.065
9.4 45 45 0 10.670 8.301 7.313
9.6 45 45 0 9.655 7.521 6.630
9.8 45 45 0 8.740 6.816 6.013
10 45 45 0 7.916 6.179 5.455
10.2 45 45 0 7.175 5.606 4.951
10.4 45 45 0 6.508 5.089 4.497
10.6 45 45 0 5.908 4.623 4.087
10.8 45 45 0 5.368 4.203 3.718
11 45 45 0 4.882 3.825 3.384
11.2 45 45 0 4.445 3.484 3.084
11.4 45 45 0 4.050 3.177 2.813
11.6 45 45 0 3.694 2.899 2.567
11.8 45 45 0 3.373 2.648 2.346
12 45 45 0 3.083 2.421 2.146
131
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
12.4 45 45 0 2.584 2.031 1.800
12.6 45 45 0 2.369 1.862 1.651
12.8 45 45 0 2.174 1.710 1.516
13 45 45 0 1.997 1.571 1.394
13.2 45 45 0 1.837 1.445 1.282
13.4 45 45 0 1.691 1.331 1.181
13.6 45 45 0 1.558 1.226 1.088
13.8 45 45 0 1.437 1.131 1.004
14 45 45 0 1.326 1.044 0.927
3.4 45 45 45 10679.643 9331.602 8764.113
3.6 45 45 45 5619.936 4812.331 4472.292
3.8 45 45 45 2810.456 2342.675 2145.717
4 45 45 45 1304.495 1040.515 929.377
4.2 45 45 45 530.706 384.423 322.843
4.4 45 45 45 156.034 75.403 41.460
4.6 45 45 45 -8.382 -53.680 -72.754
4.8 45 45 45 -66.913 -93.942 -105.329
5 45 45 45 -75.645 -93.661 -101.255
5.2 45 45 45 -63.693 -77.497 -83.315
5.4 45 45 45 -45.450 -57.381 -62.406
5.6 45 45 45 -27.492 -38.585 -43.252
5.8 45 45 45 -12.393 -23.027 -27.496
6 45 45 45 -0.785 -11.036 -15.338
6.2 45 45 45 7.560 -2.262 -6.380
6.4 45 45 45 13.187 3.868 -0.036
6.6 45 45 45 16.692 7.943 4.280
6.8 45 45 45 18.616 10.478 7.075
7 45 45 45 19.405 11.896 8.758
7.2 45 45 45 19.406 12.524 9.650
7.4 45 45 45 18.884 12.609 9.989
7.6 45 45 45 18.030 12.331 9.953
7.8 45 45 45 16.982 11.823 9.672
8 45 45 45 15.839 11.179 9.236
8.2 45 45 45 14.665 10.463 8.711
8.4 45 45 45 13.506 9.720 8.142
8.6 45 45 45 12.389 8.980 7.560
132
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
9 45 45 45 10.343 7.580 6.430
9.2 45 45 45 9.428 6.939 5.903
9.4 45 45 45 8.585 6.343 5.410
9.6 45 45 45 7.813 5.791 4.950
9.8 45 45 45 7.109 5.285 4.526
10 45 45 45 6.468 4.821 4.136
10.2 45 45 45 5.887 4.397 3.778
10.4 45 45 45 5.359 4.012 3.451
10.6 45 45 45 4.882 3.661 3.153
10.8 45 45 45 4.449 3.342 2.882
11 45 45 45 4.058 3.053 2.635
11.2 45 45 45 3.703 2.790 2.410
11.4 45 45 45 3.383 2.552 2.206
11.6 45 45 45 3.092 2.335 2.021
11.8 45 45 45 2.829 2.139 1.852
12 45 45 45 2.591 1.961 1.699
12.2 45 45 45 2.375 1.799 1.559
12.4 45 45 45 2.178 1.652 1.433
12.6 45 45 45 2.000 1.518 1.317
12.8 45 45 45 1.838 1.396 1.212
13 45 45 45 1.691 1.285 1.116
13.2 45 45 45 1.557 1.184 1.029
13.4 45 45 45 1.435 1.092 0.949
13.6 45 45 45 1.323 1.008 0.876
13.8 45 45 45 1.222 0.931 0.810
14 45 45 45 1.129 0.860 0.749
3.2 45 45 90 12579.669 10766.114 10002.865
3.4 45 45 90 6765.434 5615.482 5131.307
3.6 45 45 90 3347.091 2658.095 2367.974
3.8 45 45 90 1449.436 1053.707 887.100
4 45 45 90 457.997 238.492 146.105
4.2 45 45 90 -18.974 -137.311 -187.099
4.4 45 45 90 -217.313 -280.040 -306.424
4.6 45 45 90 -273.085 -306.678 -320.812
4.8 45 45 90 -261.822 -281.048 -289.146
5 45 45 90 -223.709 -236.428 -241.797
133
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
5.4 45 45 90 -136.872 -146.256 -150.231
5.6 45 45 90 -101.036 -110.340 -114.281
5.8 45 45 90 -72.201 -81.574 -85.543
6 45 45 90 -49.840 -59.203 -63.166
6.2 45 45 90 -32.958 -42.160 -46.052
6.4 45 45 90 -20.481 -29.373 -33.130
6.6 45 45 90 -11.433 -19.895 -23.469
6.8 45 45 90 -4.993 -12.945 -16.301
7 45 45 90 -0.504 -7.899 -11.019
7.2 45 45 90 2.545 -4.276 -7.152
7.4 45 45 90 4.544 -1.707 -4.341
7.6 45 45 90 5.787 0.086 -2.316
7.8 45 45 90 6.489 1.310 -0.871
8 45 45 90 6.813 2.121 0.145
8.2 45 45 90 6.873 2.631 0.845
8.4 45 45 90 6.757 2.926 1.314
8.6 45 45 90 6.524 3.068 1.614
8.8 45 45 90 6.219 3.103 1.792
9 45 45 90 5.872 3.063 1.881
9.2 45 45 90 5.507 2.973 1.908
9.4 45 45 90 5.137 2.851 1.890
9.6 45 45 90 4.773 2.710 1.843
9.8 45 45 90 4.422 2.558 1.775
10 45 45 90 4.087 2.403 1.695
10.2 45 45 90 3.771 2.248 1.607
10.4 45 45 90 3.476 2.096 1.516
10.6 45 45 90 3.201 1.950 1.425
10.8 45 45 90 2.946 1.812 1.335
11 45 45 90 2.711 1.681 1.247
11.2 45 45 90 2.495 1.557 1.164
11.4 45 45 90 2.295 1.442 1.084
11.6 45 45 90 2.113 1.335 1.008
11.8 45 45 90 1.945 1.236 0.938
12 45 45 90 1.791 1.143 0.871
12.2 45 45 90 1.650 1.058 0.809
12.4 45 45 90 1.521 0.979 0.752
134
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
12.8 45 45 90 1.295 0.840 0.648
13 45 45 90 1.196 0.778 0.602
13.2 45 45 90 1.105 0.721 0.559
13.4 45 45 90 1.022 0.668 0.520
13.6 45 45 90 0.946 0.620 0.483
13.8 45 45 90 0.876 0.576 0.450
14 45 45 90 0.811 0.534 0.418
2.6 90 90 0 13384.562 11682.851 10966.970
2.8 90 90 0 6439.967 5379.846 4933.586
3 90 90 0 2915.200 2258.083 1981.412
3.2 90 90 0 1195.869 787.470 615.520
3.4 90 90 0 395.809 139.590 31.720
3.6 90 90 0 48.632 -114.612 -183.338
3.8 90 90 0 -83.692 -189.863 -234.567
4 90 90 0 -119.303 -190.074 -219.879
4.2 90 90 0 -115.044 -163.511 -183.929
4.4 90 90 0 -97.160 -131.287 -145.668
4.6 90 90 0 -77.017 -101.703 -112.107
4.8 90 90 0 -58.983 -77.291 -85.006
5 90 90 0 -44.295 -58.174 -64.022
5.2 90 90 0 -32.895 -43.621 -48.138
5.4 90 90 0 -24.283 -32.707 -36.252
5.6 90 90 0 -17.875 -24.581 -27.402
5.8 90 90 0 -13.146 -18.547 -20.817
6 90 90 0 -9.670 -14.063 -15.908
6.2 90 90 0 -7.117 -10.720 -12.233
6.4 90 90 0 -5.241 -8.219 -9.467
6.6 90 90 0 -3.861 -6.337 -7.375
6.8 90 90 0 -2.842 -4.914 -5.782
7 90 90 0 -2.088 -3.832 -4.561
7.2 90 90 0 -1.529 -3.003 -3.620
7.4 90 90 0 -1.113 -2.366 -2.889
7.6 90 90 0 -0.804 -1.872 -2.318
7.8 90 90 0 -0.573 -1.488 -1.870
8 90 90 0 -0.400 -1.188 -1.516
8.2 90 90 0 -0.272 -0.952 -1.235
135
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
8.6 90 90 0 -0.105 -0.617 -0.830
8.8 90 90 0 -0.053 -0.499 -0.685
9 90 90 0 -0.015 -0.405 -0.568
9.2 90 90 0 0.013 -0.329 -0.472
9.4 90 90 0 0.033 -0.268 -0.394
9.6 90 90 0 0.047 -0.219 -0.329
9.8 90 90 0 0.056 -0.179 -0.277
10 90 90 0 0.062 -0.146 -0.233
10.2 90 90 0 0.065 -0.120 -0.197
10.4 90 90 0 0.067 -0.098 -0.167
10.6 90 90 0 0.067 -0.080 -0.142
10.8 90 90 0 0.066 -0.066 -0.121
11 90 90 0 0.064 -0.054 -0.103
11.2 90 90 0 0.062 -0.044 -0.088
11.4 90 90 0 0.059 -0.036 -0.075
11.6 90 90 0 0.057 -0.029 -0.065
11.8 90 90 0 0.054 -0.024 -0.056
12 90 90 0 0.051 -0.019 -0.048
12.2 90 90 0 0.048 -0.015 -0.042
12.4 90 90 0 0.046 -0.012 -0.036
12.6 90 90 0 0.043 -0.009 -0.031
12.8 90 90 0 0.040 -0.007 -0.027
13 90 90 0 0.038 -0.006 -0.024
13.2 90 90 0 0.036 -0.004 -0.020
13.4 90 90 0 0.033 -0.003 -0.018
13.6 90 90 0 0.031 -0.002 -0.016
13.8 90 90 0 0.029 -0.001 -0.014
14 90 90 0 0.027 0.000 -0.012
3 90 90 90 2078.882 1537.063 1308.889
3.2 90 90 90 680.598 340.229 196.914
3.4 90 90 90 54.323 -159.616 -249.680
3.6 90 90 90 -193.471 -328.648 -385.552
3.8 90 90 90 -264.628 -350.879 -387.192
4 90 90 90 -259.523 -315.334 -338.840
4.2 90 90 90 -226.238 -262.998 -278.488
4.4 90 90 90 -186.585 -211.301 -221.722
136
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
4.8 90 90 90 -118.187 -130.151 -135.198
5 90 90 90 -92.825 -101.442 -105.076
5.2 90 90 90 -72.831 -79.174 -81.847
5.4 90 90 90 -57.269 -62.032 -64.037
5.6 90 90 90 -45.222 -48.863 -50.393
5.8 90 90 90 -35.904 -38.731 -39.917
6 90 90 90 -28.681 -30.907 -31.839
6.2 90 90 90 -23.061 -24.834 -25.575
6.4 90 90 90 -18.665 -20.092 -20.687
6.6 90 90 90 -15.205 -16.365 -16.847
6.8 90 90 90 -12.466 -13.416 -13.810
7 90 90 90 -10.284 -11.067 -11.392
7.2 90 90 90 -8.533 -9.184 -9.453
7.4 90 90 90 -7.120 -7.665 -7.889
7.6 90 90 90 -5.973 -6.431 -6.619
7.8 90 90 90 -5.036 -5.423 -5.581
8 90 90 90 -4.267 -4.595 -4.729
8.2 90 90 90 -3.632 -3.911 -4.026
8.4 90 90 90 -3.104 -3.344 -3.441
8.6 90 90 90 -2.664 -2.870 -2.954
8.8 90 90 90 -2.296 -2.473 -2.546
9 90 90 90 -1.985 -2.139 -2.202
9.2 90 90 90 -1.723 -1.857 -1.911
9.4 90 90 90 -1.501 -1.617 -1.665
9.6 90 90 90 -1.311 -1.413 -1.454
9.8 90 90 90 -1.149 -1.238 -1.275
10 90 90 90 -1.010 -1.089 -1.120
10.2 90 90 90 -0.890 -0.960 -0.988
10.4 90 90 90 -0.786 -0.848 -0.873
10.6 90 90 90 -0.697 -0.751 -0.773
10.8 90 90 90 -0.619 -0.667 -0.687
11 90 90 90 -0.551 -0.594 -0.612
11.2 90 90 90 -0.492 -0.530 -0.546
11.4 90 90 90 -0.440 -0.474 -0.488
11.6 90 90 90 -0.394 -0.425 -0.438
11.8 90 90 90 -0.354 -0.382 -0.393
137
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
12.2 90 90 90 -0.287 -0.310 -0.319
12.4 90 90 90 -0.259 -0.280 -0.288
12.6 90 90 90 -0.234 -0.253 -0.260
12.8 90 90 90 -0.212 -0.229 -0.236
13 90 90 90 -0.193 -0.208 -0.214
13.2 90 90 90 -0.175 -0.189 -0.195
13.4 90 90 90 -0.160 -0.172 -0.177
13.6 90 90 90 -0.145 -0.157 -0.162
13.8 90 90 90 -0.133 -0.143 -0.148
14 90 90 90 -0.121 -0.131 -0.135
3.4 180 180 0 13364.493 11950.331 11355.262
3.6 180 180 0 5552.373 4846.914 4549.788
3.8 180 180 0 2149.141 1770.293 1610.717
4 180 180 0 717.043 496.746 403.982
4.2 180 180 0 149.637 11.802 -46.225
4.4 180 180 0 -49.568 -141.015 -179.516
4.6 180 180 0 -99.687 -162.982 -189.637
4.8 180 180 0 -94.973 -140.069 -159.065
5 180 180 0 -74.292 -107.062 -120.867
5.2 180 180 0 -52.484 -76.634 -86.806
5.4 180 180 0 -34.330 -52.321 -59.896
5.6 180 180 0 -20.657 -34.184 -39.874
5.8 180 180 0 -10.927 -21.181 -25.489
6 180 180 0 -4.272 -12.105 -15.392
6.2 180 180 0 0.123 -5.905 -8.431
6.4 180 180 0 2.915 -1.758 -3.712
6.6 180 180 0 4.595 0.948 -0.574
6.8 180 180 0 5.520 2.655 1.461
7 180 180 0 5.940 3.674 2.733
7.2 180 180 0 6.030 4.227 3.480
7.4 180 180 0 5.909 4.466 3.869
7.6 180 180 0 5.660 4.498 4.019
7.8 180 180 0 5.337 4.397 4.011
8 180 180 0 4.979 4.214 3.901
8.2 180 180 0 4.608 3.983 3.728
8.4 180 180 0 4.241 3.728 3.519
138
r/Å Tọa độ góc <i>Năng lượng ab initio </i>
E-pVDZ E-pVTZ <i>E-pV23Z </i>
8.8 180 180 0 3.553 3.202 3.061
9 180 180 0 3.240 2.949 2.832
9.2 180 180 0 2.952 2.708 2.611
9.4 180 180 0 2.686 2.482 2.401
9.6 180 180 0 2.443 2.272 2.203
9.8 180 180 0 2.222 2.077 2.020
10 180 180 0 2.020 1.898 1.850
10.2 180 180 0 1.838 1.734 1.693
10.4 180 180 0 1.673 1.584 1.550
10.6 180 180 0 1.523 1.448 1.418
10.8 180 180 0 1.388 1.323 1.298
11 180 180 0 1.265 1.210 1.188
11.2 180 180 0 1.154 1.107 1.088
11.4 180 180 0 1.054 1.013 0.997
11.6 180 180 0 0.963 0.928 0.914
11.8 180 180 0 0.881 0.850 0.839
12 180 180 0 0.807 0.780 0.770
12.2 180 180 0 0.739 0.716 0.707
12.4 180 180 0 0.678 0.658 0.650
12.6 180 180 0 0.623 0.605 0.598
12.8 180 180 0 0.572 0.557 0.551
13 180 180 0 0.526 0.513 0.508
13.2 180 180 0 0.484 0.472 0.468
13.4 180 180 0 0.446 0.436 0.432
13.6 180 180 0 0.412 0.402 0.399
13.8 180 180 0 0.380 0.372 0.369
139
<b>Bảng 3. Input sử dụng cho các phép tính tốn lƣợng tử </b>
<i>#T CCSD(T)/aug-cc-pVmZ MaxDisk=8192MW SCF=Tight Test </i>
A – A
A – A
<i>#T CCSD(T)/aug-cc-pVmZ MaxDisk=8192MW nosymm SCF=Tight Test </i>
A – A
A – ABq
<i>#T CCSD(T)/aug-cc-pVmZ MaxDisk=8192MW nosymm SCF=Tight Test </i>
A – ABq