ハートリーをkJ/molに変換する式(hartree to kJ/mol)

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 ハートリー(Hartree)について

ハートリー(Hartree)は、原子単位系においてエネルギーの単位となる物理定数である。 名称は英国の数理物理学者ダグラス・ハートリーに由来する。

ハートリーエネルギー$E_{\text{h}}$の値は$$\displaystyle {\begin{aligned}E_{\text{h}}&=4.359~744~722~2071(85)\times 10^{-18} \ \mathrm {[J]} \\&=27.211~386~245~988(53) \ \mathrm {[eV]} \end{aligned}}$$である(2018 CODATA推奨値)。

ハートリーエネルギーは「ボーア半径 $a_0$ に等しい距離にある、電気素量 $e$ に等しい電気量をもつ2つの粒子の静電エネルギー」として定義され、$$\displaystyle E_{\text{h}}={\frac {Z_{0}c}{4\pi }}{\frac {e^{2}}{a_{0}}}={\frac {\hbar c\alpha }{a_{0}}}$$で表される。 ここで、$\hbar$ はプランク定数(ディラック定数)、$c$ は真空中の光速度、$Z_0$ は真空における特性インピーダンス、$\alpha$ は微細構造定数である。

国際量体系(ISQ)においては、電気定数$\varepsilon_0$により $Z_0=1/\varepsilon_0 c$ で表されるので$$\displaystyle E_{\text{h}}={\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}a_{0}}}$$と表せる。

 

 ハートリーをkJ/molに変換する

ボーア半径$a_0$、電気素量$e$、電気定数$\varepsilon_0$が既知であればSI単位系(ジュール)に変換でき、これにアボガドロ定数$N_A$を乗じることでkJ/molに変換できる。以下はPythonのスクリプトである。

import math

AVOGADRO_CONSTANT = 6.02214076e23 # 1 / mol
Bohr_radius = 5.291772109e-11 # m
elementary_charge = 1.602176634e-19 # C
electric_constant = 8.854187813e-12 # F / m

print(elementary_charge*elementary_charge/(4*math.pi*electric_constant*Bohr_radius))
# 1 [hartree] = 4.3597447221978555e-18 [J]

print(elementary_charge*elementary_charge/(4*math.pi*electric_constant*Bohr_radius) * 0.001 * AVOGADRO_CONSTANT)
# 1 [hartree] = 2625.4999620953677 = 2.6254999620953677e3 [kJ/mol]

※なお、これらの定数は scipy.constants モジュールによって取得できる。


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