Чтение графиков поверхности потенциальной энергии

Химия Физическая химия
1

Если честно ждал, когда же появится статья на этот вопрос в Beyond.
В препах появилась задача про поверхность потенциальной энергии, а точнее чнение ее графиков. Также существует такое понятие как потенциал Морзе, который описывает энергию колебательней vs расстояние между атомами. При решении одной задачи задумался :Как изобразить потенциал реакции исходя из расстояния между атоиами трех видов(1,2,3)? И как определить экзо-или эндотермическая?

photo_2021-07-16_23-41-10
photo_2021-07-16_23-41-10957×1280 73.4 KB

Если исходить из того что при разрыве связи энергия затрачивается,то график дожен начинаться с низу , а расстояние между атомами 1 и 2 должно увеличиваться(если читать график с права на лево), но почему-то на графике расстояние сужается. Почему? Помогите пожалуйста построить график Морзе для обоих путей.

2

Не гарантирую 100% верный ответ, но могу сказать, что у меня сидит в голове.

Насколько я понимаю, здесь показан “вид сверху” от трехмерного графика поверхности потенциальной энергии. И на оси, которая направлена в нашу сторону, перпендикулярно бумаге, откладывается энергия. Чтобы понять, что я говорю, можешь посмотреть на картинку из википедии.

Поскольку это только вид сверху, мы по идее не можем оценить где поверхность поднимается, а где опускается, обычно на этих линиях числами указываются значения энергии (“высота поверхности”). И, возможно, из-за отсутствия таких чисел нам в первом графике снизу дали начальный эскиз.

Смотря на него, можно понять (как мне кажется), что то место, где ППЭ собирается в кружочек — яма на 3д графике. И походу дальше к правому верхнему углу энергия повышается (может быть transition state) и потом понижается (предположение, потому что расстояния от обоих атомов становится большим). И то, что просят нарисовать снизу, мы, наверное, получим смотря на значения энергии в плоскости, проведенной через отрезок Q_a, перпендикулярной бумаге. Тогда в начале получится то, что уже нарисовано снизу слева и, чтобы продолжить, надо будет показать, как потом энергия понижается.

Снизу справа то же самое, только плоскость проводить через Q_b. Тогда, кажется, получится что-то подобное (рисовал тачпадом, не обессудь):

image
image789×527 3.76 KB

Можешь сказать из каких препов задача, вдруг там есть еще какая-то вспомогательная инфа?

1 лайк
3

Я еще нашел такие графики. Здесь на 2д графике числами показаны значения энергии.

image
image1125×461 188 KB

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.0c00172

1 лайк
4

Задача на такую тематику пришла в препу 2021. Но эта задача не оттуда. И там нет начального эскиза, это я пытался)).

5

ахахахахахахахахахахахаха, прикольно. Откуда тогда задача, можешь скинуть?

1 лайк
6

Здесь достаточно, как мне кажется, интерпретации графиков. На верхнем графике представлена контурная карта, где каждая линия соответствует одному значению потенциальной энергии.

Т.е., если двигаться по контурной карте вдоль Q_b, энергия меняться не будет. Каким тогда будет график?

прямая линия

А если двигаться по Q_a энергия будет меняться при переходе от каждой линии к другой. Т.е., что-то больше похожее на две параболы (два локальных минимума с E_a для перехода от одного к другому).

Почему два минимума? Обратите внимание, что вот тот кружок в нижнем левом углу соответствует экстремуму функции. Скорее всего это минимум. Теперь обратите внимание на кривизну линий ближе к верхнему правому углу – как будто бы образуется другой круг.

Думаю как-то так.

7

Она же линии пересекает, если ее продлить. Тогда же должна меняться энергия, нет?

Как по мне, эти линии не скорчиваются в круг, а расправляются. Может быть, что там график становится более и более плоским? Тогда на графике энергия vs ход реакции по Q_a будет горизонтальная асимптота. А если туда поставить круг, то энергия должна будет снова повышаться, но я не вижу для этого причин.

ED: А еще там расстояние между линиями увеличивается. Поскольку разница в энергии между двумя соседними линиями везде одна, это еще больше похоже на сглаживание поверхности.