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gaussian软件在苯胺与硝基苯亲电取代反应中的应用
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gaussian软件在苯胺与硝基苯亲电取代反应中的应用
官方公共微信基于铁氰化锌正极材料的水系金属离子电池
水系金属离子电池具有低成本，高安全性，环境友好以及离子迁移率高等优势，在未来大规模能源存储领域势具有广阔的应用前景。但是目前，水系金属离子电池面临很多问题，如工作电压较低、循环性能差以及库伦效率不高等，所以急需寻找合适的电极材料来构建新型的高性能水系金属离子电池。本论文从选择合适的正极材料出发，构建新型水系金属离子电池，希望提高电池的工作电压和能量密度，兼顾电池的循环稳定性。通过选择具有三维孔道结构的普鲁士蓝衍生物作为正极材料，设计搭建了一种电压达到1.7V的水系锌离子电池，深入探讨了其电化学性能和工作机制以及颗粒...展开
水系金属离子电池具有低成本，高安全性，环境友好以及离子迁移率高等优势，在未来大规模能源存储领域势具有广阔的应用前景。但是目前，水系金属离子电池面临很多问题，如工作电压较低、循环性能差以及库伦效率不高等，所以急需寻找合适的电极材料来构建新型的高性能水系金属离子电池。本论文从选择合适的正极材料出发，构建新型水系金属离子电池，希望提高电池的工作电压和能量密度，兼顾电池的循环稳定性。通过选择具有三维孔道结构的普鲁士蓝衍生物作为正极材料，设计搭建了一种电压达到1.7V的水系锌离子电池，深入探讨了其电化学性能和工作机制以及颗粒形貌对其电化学性能的影响。另外，利用镍离子掺杂的铁氰化锌材料，设计了两种电压较高的新型水系混合离子电池，研究了其离子选择性嵌入的现象。　　首先，以铁氰化锌材料为正极，金属锌为负极，硫酸锌水溶液为电解液，构建了一种新型水系锌离子电池。它的工作电压可以达到1.7V，能量密度达到100Wh/kg左右，同时表现出较好的倍率性能和循环性能。通过一系列实验，发现铁氰化锌材料在硫酸钠和硫酸钾电解液中的电化学稳定性较差，容易发生溶解，而在硫酸锌电解液中可以进行稳定的电化学循环。此工作首次利用铁氰化锌材料构建了一种新型水系锌离子电池。　　其次，通过调控铁氰化锌颗粒的形貌可以影响其电化学性能，并通过XRD分析技术证明了铁氰化锌结构中可逆的嵌锌机制。通过调节反应溶液的浓度和滴加速度，合成了三种具有规则形貌的立方相铁氰化锌颗粒，进一步脱水后转变成菱方相铁氰化锌。在硫酸锌电解液中，具有立方八面体形貌的菱方相铁氰化锌表现出最好的电化学性能。另外，通过分析不同充放电状态下极片的XRD，证实了铁氰化锌结构中可逆的锌离子嵌入机制，为铁氰化锌材料在电池中的进一步应用打下了基础。　　最后，以镍掺杂的铁氰化锌材料为正极，选取焦磷酸钛和磷酸钛钠材料为负极，构建了水系Li+/K+和Na+/K+混合离子电池，并研究了其离子选择性嵌入的电化学行为。通过在铁氰化锌材料中掺入镍离子，增加了其在硫酸钠和硫酸钾溶液中的电化学稳定性，同时研究了镍离子掺入量对材料电化学性能的影响，最后选取Ni/Zn摩尔比为1的铁氰化镍锌为正极材料。这里提出了混合离子电池的概念，提供了一种新的电池设计思路。收起
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&&8:00-11:30,13:00-17:00(工作日)Gaussian软件在取代苯亲电取代反应教学中的应用_小宗师专辑：摘要:取代苯亲电取代反应定位规律是有机化学的重要内容。通过借助Gaussian软件计算了系列取代苯的苯环电荷密度,分析取代苯亲电取代反应定位规律。结果表明,从反应物电子效应这个角度去解释取代苯亲电取代反应定位规律,与共振理论解释的结果一致。该教学方法中运用Gaussian软件,将复杂的共振杂化反应机理简单化,增加了课堂生动性,提高了教学质量。关键词:G取代苯;亲电取代;定位Gaussian软件是一种功能强大的量子化学计算软件,界面友好,便于操作,已被广泛应用。Gaussian软件包中的密度泛函理论是目前多种领域中电子结构计算的领先方法,在物理和化学上都有广泛的应用,特别是用来研究分子的性质,是计算化学领域最常用的方法之一。目前,该软件不仅在科学研究方面发挥了重要的作用,同时也成为有机化学教学中重要的工具。对于传统教学手段难以表达的抽象的有机化学问题,可以借助Gaussian软件辅助课堂教学,将抽象的化学知识简单化、形象化,帮助学生理解复杂的有机反应机理,提高学生学习积极性。本文以取代苯亲电取代反应定位规律的教学为例,介绍Gaussian软件在有机化学教学中的应用。一、取代苯亲电取代反应定位规律及其传统教学方法苯环的亲电取代反应中,第二个取代基进入的位置,取决于原来取代基,故称原有的取代基为定位基。定位基使亲电试剂主要进攻其邻、对位,并使其邻、对位产物超过60%者称为邻、对位定位基,如:氨基、羟基;定位基使亲电试剂主要进攻其间位,并使其间位产物超过60%者称为间位定位基,如:氰基、硝基。取代苯的亲电取代反应定位规律是有机化学教学的一个重要内容,目前的有机化学教学中一般采用经典的共振杂化理论分析第一步反应形成的碳正离子反应中间体的稳定性,通过比较其稳定性来解释取代基对反应活性的影响以及定位规律。二、基于Gaussian软件辅助教学的探讨对苯来说,其环上电子云密度是平均分布,但当引入一个取代基后,由于取代基的影响,会使苯环上电子云密度分布发生变化,电荷密度出现交替分布的现象,结果造成苯环各位置上发生亲电取代反应的难易程度不同。通过分析取代苯环上不同位置的电子云密度,能很好地预测亲电取代发生的位置和难易程度。本文采用Gaussian03软件的密度泛函理论在B3LYP/6-311++G**水平对5种典型的取代苯分子几何构型进行了全优化,计算了苯环电荷密度。具体的结果和分析方法如下:1.苯Gaussian计算结果如图1所示。苯环分子是平面正六边形,6个碳与6个氢处于同一平面;6个碳碳单键键长均等,为140 pm,处于碳碳单键(154pm)和双键(134pm)之间;6个碳氢键键长均为108pm,键角均为120°;电荷平均分布,各碳原子的电荷密度均为-0.204。电子云对称、均匀地分布在环平面的上下方,电子离域于整个环状体系中,苯环中没有单双键的区别。由于环性离域电子流动性较大,能够向亲电试剂提供电子。因此,苯易发生亲电取代反应。2.甲苯Gaussian计算结果如图2所示。甲基为SP2杂化,键角分别为107.4°、111.0°,类似四面体结构;甲基引入后,苯环的电荷分布发生改变,2、4、6位碳原子电荷密度较高,分别为-0.205、-0.213、-0.205,有利于亲电反应的发生。因此,甲基为弱活化的邻、对位定位基。在甲苯中,甲基碳原子为SP3杂化,与其相连的苯环碳原子为SP2杂化,S轨道成分更多,吸电子能力更强,因此甲基表现为给电子诱导作用,使苯环上电荷密度增加,更有利于亲电试剂的进攻,甲基为活化基团。但由于在共轭体系中,电子云的传递是交替极化,即使甲基的邻位和对位上电荷密度增加的更多些,所以亲电试剂主要进攻邻位和对位。3.苯酚Gaussian计算的结果如图3所示。苯酚为一个平面分子,酚羟基的碳氧键键长(137pm)比甲醇中的碳氧键(143pm)稍短;羟基引入苯环后,使苯环电荷分布发生了改变,邻、对位电荷密度增加,分别为-0.285、-0.236、-0.252。邻、对位的电荷密度较高,有利于亲电反应的进行,因此羟基为强活化的邻、对位定位基。苯酚羟基氧原子未共用电子对处于p轨道上,该p轨道与苯环的轨道发生p-共轭,氧上未共用电子对离域到苯环上。羟基对苯环所起的给电子共轭作用超过它对苯环的吸电子诱导作用,使苯环电子云密度增加,增强了反应活性,有利于亲电取代反应的发生,为活化基团。吸电子诱导效应与给电子共轭效应的共同作用下,邻、对位的电荷密度增加,与甲苯相似。羟基的供电性大于甲基的供电性,苯酚比甲苯更容易进行亲电取代反应。4.硝基苯Gaussian计算的结果如图4所示。硝基中两个氮氧键均为122pm,证实硝基为3中心4电子的大键;硝基苯为一个平面分子,硝基与苯环能形成-共轭的大共轭体系;硝基的引入使得苯环电子云密度降低,其间位电子云密度相对较高,为-0.195,有利于亲电反应的进行。因此,硝基为强钝化的间位定位基。由于硝基中氮、氧的电负性大于碳,诱导效应使芳环上电子云密度降低。硝基中氮、氧原子为SP2杂化,氮、氧原子p轨道相互重叠,形成3中心4电子的大键。硝基大键与苯环大键发生共轭,形成一个更大的共轭体系。在这个大共轭体系中,由于氧的电负性较大,使共轭体系中电子云向氧一边偏移,表现为吸电子性。总的结果是:诱导和共轭方向一致,都使苯环电子云密度降低,亲电取代比苯更难,为钝化基团。硝基的引入使邻、对位的电荷密度相对降低更多,间位电荷密度相对较高,有利于亲电反应的进行。5.氯苯Gaussian计算结果如图5所示。碳氯键键长为176pm,比氯甲烷的碳氯键(178pm)键长略短。氯原子引入后,苯环的2、4、6位电荷密度降低较少,分别为-0.226、-0.207、-0.035,邻、对位更有利于亲电试剂进攻,因此氯素为弱钝化邻、对位定位基。氯原子的电负性强于碳原子,因此存在较强的吸电子诱导效应;同时氯原子为SP2杂化,其原子上p电子与苯环可形成给电子的p-共轭,但是这种作用很弱,不足以抵消其强吸电子诱导作用,因此总趋势使苯环上的电子云密度降低。亲电试剂主要进攻电子云密度较高的邻、对位。氟苯、溴苯、碘苯与氯苯相似。三、结束语通过分析苯环电荷密度很好地解释了其亲电取代的定位规律,与共振理论解释的结果一致。运用现代量子化学手段,将复杂的共振杂化反应机理简单化,建立一个清晰的反应模型,使学生易学易懂,提高教学质量,是有机化学化学取代苯亲电取代反应定位规律教学的一种新方法。亲电取代反应的本质在于亲电试剂进攻电荷密度较高的部分。本教学方法借助Gaussian软件分析了苯环的电荷密度, 并可通过Gaussian View界面给学生清晰地展示取代苯的苯环电荷分布示意图。使学生对复杂的取代苯亲电取代的反应机理的认识更加清晰,为进一步深入学习有机反应建立了系统的理论基础。Gaussian软件是一种功能强大的量子化学计算软件,让Gaussian走进有机化学的课堂教学中,必将使学生对有机化学的许多基本理论产生更加清晰的认识,降低教学难度,提高学生学习的兴趣。参考文献[1]赵丽娇,钟儒刚,甄岩.计算化学软件在大学有机化学教学中的应用[J].计算机与应用化学,): [2]冯晓琴,任福德,曹端林.Gaussian量子化学模拟对芳烃硝化机理的探索[J].大学化学, ): 37～39[3]张红梅,陈国力,刘梅, 等.共振论的应用及量子化学探讨[J]. 化学教育, ): 2～3[4]倪沛洲.有机化学[M].北京:人民卫生出版社, 2008[5]邢其毅.基础有机化学[M].北京:高等教育出版社,1993Applications of gaussian in teaching of electrophilic substitution reaction inmonosubstituted benzeneDeng Ping, Jiang QihuaChongqing medical university, Chongqing, 400016, ChinaAbstract: The orientation of electrophilic substitution reaction in monosubstituted benzene is an important aspect in teaching of organic chemistry. A series of monosubstituted benzene are fully optimized using Gaussian.The charge density of benzene rings are calculated and the orientation of electrophilic substitution are analyzed. The results show that we can discuss the electronic effect in order to explain electrophilic substitution, which is consistent with the resonance theory. The application of Gaussian gives a simpler teaching method, increases the vitality of courses and improves the quality of teaching.Key words: mon electr orientation提醒您本文地址：相关文章空心带电球体内部场强为0,高斯定理怎么证明?（没有外电场,仅球壳均匀带电）；还有,不带电空心球内部有电荷,球壳接地后,为
空心带电球体内部场强为0,高斯定理怎么证明?（没有外电场,仅球壳均匀带电）；还有,不带电空心球内部有电荷,球壳接地后,为什么对外没有场强?静电平衡,球体怎么分布的,最好有图或视频球壳内D=0怎么得的，最好公式证明，别口头说有对称又怎么的的，
1.紧贴球壳内壁取高斯面（即与球壳内接的球面）因为高斯面内部没有电荷,所以通过高斯面的电通量总和为零,即有多少D线进入,就要有多少D线穿出.假设有D线进入高斯面,则它们就要从高斯面的其他地方穿出,也就是说,会有D线从正电荷出发,指向正电荷.这与D线的性质矛盾.故球壳内D=02.不带电空心球内部有电荷,球壳接地后,相当与把金属球和地球连成一个大导体,电荷会在这个大导体中重新分布.异种电荷被吸引到空腔内表面,同种电荷则会被推斥到地球的另一端.因此球壳内表面带与球壳空心球内部等量异种电荷,对外场强相互抵消.
与《空心带电球体内部场强为0,高斯定理怎么证明?（没有外电场,仅球壳均匀带电）；还有,不带电空心球内部有电荷,球壳接地后,为》相关的作业问题
同种电荷相斥.所以电荷只存在于带电球表面.
场强 r=R时,根据高斯定理,电场强度为Q/(4πεr*r）图像就是中心发散（像太阳发出万丈光芒,电势若以无穷远处为电势为0rR时,电势为Q/4πεr等势线就是同心圆高斯定理：电场强度对任意封闭曲面的通量正比于该封闭曲面内电荷的代数和
1、表面的电场强度可以通过高斯定理计算,但方便处理的只有球形对称体.其它表面曲率不一致的立方体,计算非常复杂.但大致上场强与表面曲率是正相关的（凹下去的表面曲率算负数）2、因为电势是电场沿路径的积分,因此,只要不出现无穷大的电场,电势应该是处处连续.而且因为导体内部场强为0,故导体内部与表面电势相等,因此导体内部的电势
确实如你所说,如果导体内部的自由电荷不够用了,合场强就不为0了,但这种事情从来没有发生过,导体用来屏蔽外电场的电荷是导体总自由电荷的九牛一毛.自由电荷少得可怜,或者没有自由电荷的物质都叫电介质.电介质的内部电荷可以被极化但不能自由移动,极化电荷产生的电场可以减小部分外电场,但不能完全抵消,就会在电介质内部形成沿外电场方
导体放在电场中的极化过程是一个外场强和内场强角力的过程.一开始,内场强为0,故导体在外场强的作用下,内部电荷不断运动,产生一个和外场强方向相反的内场强.只要内场强
有电子的空间分布就会形成场强所以有电流就有场强因为电流就是电子流动产生的
首先,从你的叙述来看,这不是一个问题.请问你到底想问什么?其二,作为金属内部场强为零最主要取决于金属内部的电子是自由的,它可以在外部电场的作用下移动,并且根据基本的力学知道就可以知道,直到出现静电平衡时内部的自由电子才会停止移动.第三,个人给你的建议是去了解一下电介质和极化强度的两个概念.
注意为什么说导体呢&因为导体本身有电荷&外面电荷产生的电场&和本身的电厂抵消
如果 1、 k/r不是实数； 2、k/r小于等于－1；3、k/r大于等于1 这三个条件至少有一个成立,同时 1、k/r+r/k不是实数；2、 k/r+r/k小于等于－2；3、 k/r+r/k大于等于2 这三个条件中至少有一个成立,则结果为 2Pi乘以你给的式子中间的那一块（Integrate之前的那一个式子）,否则积不
近端的外表面有负电荷远端的外表面有正电荷而所有的内表面均没有电荷如果还不明白可以再找我谈
第二题给个思路吧.当UAB=1000V时,粒子直线飞过电场,说明此时重力=电场力,由此算得粒子的电荷量.当UAB可以变化时,粒子在飞过电场的过程中,水平方向上作匀速运动,时间是0.1/2=0.05s,竖直方向上做初速为0的匀加速运动.加速度最大时,在0.05s之内匀加速的位移刚好等于板间距的1/2（因为粒子是从中间飞进
请注意审题,题目里面说的是绝缘体,不是金属 再问： 带电均匀的绝缘体和金属有什么区别吗？ 再答： 金属不是绝缘体，区别大了去了 金属内部没有电荷，只有表面才有电荷分布，内部场强为0 绝缘体电荷可以任意分布，内部可以有电荷，内部场强一般不为0
0.球体的内部场强就是0.不知道就看看书拉.
在导体内的外电场不是匀强的但导体的感应电荷产生的电场也不是匀强的&在每一点,外电场和导体感应电荷产生的电场都会大小相等,方向相反& 再问： 怎么知道外电场不是云强的？· 再答： 匀强电场不匀强都一样 匀强的 导体内左面一点a和右面一点b a所受外电场的场强 肯定等于b所受外电场场强 F=qE
导体中有自由电荷,当感应结束时,达到静电平衡状态,自由电荷不受力（忽略重力）,如果场强不为0,自由电荷一定受力,从而不再平衡,因此导体内部场强为0.对于金属壳带电,其电荷均匀分布,对称的电荷对中心的场强相抵消,因此中心处场强为0.另外,此时对于壳内任一点场强均为0,可对任一点取面微元得到,也可用高斯定理得到.
1.场强为0,因为场强是有方向的,假如实心金属球带电的话,由于电子之间的斥力作用,电子会分散在金属球表面,而且是平均分布.而电场是有方向（矢量）,各个方向的场强相互抵消,于是场强是0.在圆心处很容易理解,在非圆心处你可以稍微画一画图,根据比例关系得出结果（同时要注意,图上你可能只画一个圆代表球,但应该用圆弧长度的平方来
高斯定理证明,或者利用场强叠加原理也可证,后者涉及微积分场强为零,且内部没有电荷,因此不存在所谓的“场强还会驱动内部电荷往表面移动” 其实这就是所谓的静电屏蔽
场强最大的是B；场强最小的是A；电势最高的是D；负电荷在A和B点具有的电势能最大.首先,电场线越密场强越大,而球壳外表面电场线最密,故B处场强最大.因为金属球处于静电平衡状态,内部场强为0,所以A处场强最小.因为电势沿电场线方向降低,而带负电的金属球其电场线由无穷远处指向球壳,所以D处电势最高.因为将负电荷向带负电的金
壳内是有电场线.根据静电屏蔽效应,导体内部场强为0,说的是导体内部,本题中就是指壳体的内部,也就是两个壳之间,从外壳到内壳之间,而不是说内壳里面,很多人一开始都搞不清导体内部到底是哪里,我不知道这么说你能不能理解,我已经尽量说得很详细了.导体内部的场强为0,这里的内部依然是导体,所以一般是进不去的.而不是指导体壳包的空