1www.helsinki.fi/yliopisto

Virittäytyminen 1: Energia ja

molekyylien rakenneJohannes Pernaa

2www.helsinki.fi/yliopisto

Tärkeä aihe

● LOPS:

● “tuntee aineen rakenteen ja ominaisuuksien välisiä yhteyksiä

● osaa käyttää aineen ominaisuuksien päättelyssä erilaisia kemian malleja, taulukoita ja järjestelmiä

● ymmärtää orgaanisten yhdisteiden rakenteita ja tuntee rakenteen määrityksessä käytettäviä menetelmiä

● osaa tutkia kokeellisesti ja erilaisia malleja käyttäen aineiden rakenteeseen, ominaisuuksiin ja reaktioihin liittyviä ilmiöitä.”

3www.helsinki.fi/yliopisto

Energia

● Kineettinen liike-energia

● Molekyylien sisäinen potentiaalienergia

● Tärkeää energian ja rakenteen välinen yhteys

● Mallinnuksessa kineettinen energia voidaan poistaa

● Lämpöliike pois

● 0 kelviniä

4www.helsinki.fi/yliopisto

Mallintaminen prosessina

● Tutkimusongelma ja suunnittelu

● Toteutus

● Analysointi ja raportointi

5www.helsinki.fi/yliopisto

Valitse oikea laskutaso

● Geometrian optimointi ja energian minimointi

● Molekyylimekaniikka (10 000 atomia)● Newtonin mekaniikka → ei elektronista energiaa

● Semi-empiirinen (100 atomia)

● Osa tuloksista lasketaan koneella ja osa pohjautuu valmiiseen empiiriseen dataan

● Nopeita laskuja● Sisimmät elektronit jäävät pois laskuista

● Ab initio -menetelmät (30 atomia)

● Spartanissa Hartree fock● Kaikki laskenta tehdään koneella

6www.helsinki.fi/yliopisto

Molekyylimallit

● Muovimallit, kirjan kuvat ja interaktiiviset tietokoneavusteiset mallit

● Tutkimustiedon mukaan:

● Kehittää avaruudellista hahmotuskykyä● Aina mukana opetuksessa

● Auttaa ymmärtämään rakenteen ja ominaisuuksien välistä yhteyttä

● Antaa työkaluja keskustella submikroskooppisen tason ilmiöistä.

7www.helsinki.fi/yliopisto

Erilaisia esitystapoja

● Pallotikku: Atomien paikat ja sidosten suhteelliset pituudet

● Tietoa myös sidostyypistä

● Kalottimalli (CPK / space-filling model): Atomisäteiden mukaisesti visualisoitu avaruudellinen muoto ja koko

● Ei tietoa sidostyypeistä

8www.helsinki.fi/yliopisto

Harjoitus: Optinen isomeria

● Tutkitaan alaniinin optista isomeriaa tietokoneavusteisesti

Lähde: http://fi.wikipedia.org/wiki/Optinen_isomeria

Rakenteiden ja ominaisuuksien väliseen yhteyteen palataan ensi viikolla