L'ammoniac (NH3)
Modélisation de la molécule NH3: Calcul des fréquences de vibration et représentation des modes
(Extrait du Chapitre 3 de la Partie 1 de ma thèse)
Pour déterminer les paramètres géométriques et les fréquences théoriques de la molécule, nous avons procédé à des calculs quantiques avec deux méthodes : B3LYP et MP2 dans la base 6-31G(d,p).
Le groupe de symétrie de l'ammoniac est C3v (Figure 1). Elle présente six modes de vibration tous actifs en infrarouge : deux non dégénérés (A1) et deux doublement dégénérés (E) suivant : 2 A1 + 2 E.
Les différents paramètres relatifs à la géométrie optimisée de NH3 sont reportés dans le tableau 1.
Figure 1. Plans et axes de symétrie dans NH3
Les fréquences théoriques calculées et leurs attributions sont reportées dans le tableau 1 et comparées aux fréquences expérimentales obtenues pour NH3 en phase gazeuse [1].
|
Paramètres |
Symétrie |
Phase gazeuse |
MP2/6-31G(d,p) |
|
B3LYP/6-31G(d,p) |
||||||
|
Géométrie |
Fréquences |
|
Géométrie |
Fréquences |
|||||||
|
rNH |
(Å) |
|
|
1,012 |
|
|
1,018 |
|
|||
|
qHNH |
(degrés) |
|
|
106,05 |
|
|
105,73 |
|
|||
|
nNH sym. |
(n1) |
A1 |
3336,7 |
|
3559,9 |
(< 1) |
|
|
3460,6 |
(< 1) |
|
|
dHNH sym |
(n2) |
A1 |
950,4 |
|
1122,7 |
(100) |
|
|
1090,0 |
(100) |
|
|
nNH asym. |
(n3) |
E |
3443,8 |
|
3716,2 |
(< 1) |
|
|
3587,8 |
(< 1) |
|
|
dHNH |
(n4) |
E |
1626,8 |
|
1725,4 |
(9,3) |
|
|
1694,4 |
(9,3) |
|
Tableau 1. Paramètres géométriques, fréquences théoriques (cm-1) et intensités normalisées (entre parenthèses) des modes de vibration de NH3.
Les quatre modes de vibration obtenus sont représentés sur la figure 2.
- le mode n1, correspond à l'élongation vibration symétrique (A1) des liaisons NH.
- le mode n2, correspond à la déformation angulaire symétrique (A1) des liaisons NH (appelé aussi mode d'inversion).
- les modes n3a et n3b, correspondent à l'élongation antisymétrique doublement dégénérée (E) des liaisons NH.
- les modes n4a et n4b, correspondent à la déformation angulaire doublement dégénérée (E) entre les liaisons NH.
(Les modes s'animent en cliquant dessus)
Figure 2. Représentations des modes de vibration de la molécule d'ammoniac isolée