Rapid micro combustion methods for the determination of elements in organic compounds

Summary Advantages of the rapid combustion process for the micro determination of carbon and hydrogen, sulphur, and halogen are discussed, and methods for their estimation are described which have been adopted for routine analysis.

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Zusammenfassung Die Vorteile eines raschen Verbrennungsvorganges für die Mikrobestimmung von Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel und Halogen werden beschrieben. Methoden für deren quantitative Bestimmung, die sich besonders für Serienanalysen bewährt haben, werden mitgeteilt.

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Résumé On discute les avantages du procédé rapide de combustion pour le microdosage du carbone, de l'hydrogène, du soufre et des halogènes et l'on décrit les méthodes pour leur dosage qui ont été adaptées dans les analyses en série.

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With 5 Figures.     

SCF-CI-Berechnungen am Stilben

Zusammenfassung Als Grundlage für ausführliche theoretische Untersuchungen an den 1,2-Dipyridyl-äthenen (Di-aza-stilbenen) wurde eine LCAO-SCF-CI-Berechnung für das Stilben durchgeführt. Unter Berücksichtigung aller einzeln angeregten Konfigurationen wurden die Elektronenanregungsspektren, die Elektronenverteilung und die Bindungslängen berechnet. Die Ergebnisse stehen in ausgezeichneter Übereinstimmung mit dem Experiment.

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As a basis for further theoretical investigations on the 1,2-Dipyridyl-aethenes (di-aza-stilbenes) a LCAO-SCF-CI-calculation of stilbene has been carried out. For the calculations of the electronic spectra, electron-distribution and bond-lengths all single excited configurations have been included. The results are in excellent agreement with the experiment.

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Résumé Un calcul LCAO-SCF-CI du stilbène a été effectué pour servir de base a des recherches théoriques sur les 1.2. dipyridyl-aethenes (diazastilbènes). On a tenu comptede toutes les configurations monoexcitées pour le calcul du spectre électronique, de la distribution électronique et des longueurs de liaison. Les résultats sont en excellent accord avec l'expérience.

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Vorgetragen auf dem Symposium für Theoretische Chemie, Zürich, 28. 3. bis 1. 4. 1966.

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Herrn Professor Dr. H. Cordes zum 60. Geburtstag.

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Die Durchführung der Berechnungen wurde durch Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt, wofür wir an dieser Stelle herzlich danken. Unser Dank gilt ferner dem Direktor des Instituts für Organische Chemie der Technischen Hochschule Braunschweig, Herrn Professor Dr. Dr. h.c. H. H. Inhoffen, für das Interesse an diesen Arbeiten und ihre Förderung.     

The electronic structure of groups of isomeric heteroaromatic systems

Using the CNDO procedure, an all-valence electron study, including configuration interaction, was made of the three pyridone isomers and their N-methyl derivatives. The calculated dipole moments were found to be in reasonable agreement with the available experimental data, and the value predicted for N-methyl-3-pyridone was 7.2 D.Transition energy, intensity and assignment were compared with ultraviolet spectra, recorded for the first time on all the N-methyl substituted isomers under similar conditions in non-aqueous solvents. The agreement is satisfactory for the 2- and 4-pyridone isomers, less so for N-methyl-3-pyridone.

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Zusammenfassung Mit Hilfe der CNDO-Methode wurden die drei Pyridonisomeren und ihre N-methyl-Derivate untersucht. Die berechneten Dipolmomente sind in befriedigender Übereinstimmung mit den experimentellen Daten; der berechnete Wert für N-methyl-3-Pyridon war 7,2D. Die berechneten Übergangsenergien, Intensitäten und Zuordnungen wurden mit dem experimentellen UV-Spektrum verglichen, das zum ersten Mal für alle N-methyl-substituierten Isomeren unter ähnlichen Bedingungen in nichtwäßrigen Lösungsmitteln aufgenommen wurde. Die Übereinstimmung ist zufriedenstellend für die 2- und 4-Pyridon-Isomeren, jedoch weniger gut für N-methyl-3-Pyridone.

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Résumé On donne les résultats d'un calcul CNDO avec interaction des configurations, sur tous les électrons des pyridones isomères et leurs dérivés N-méthylés. Les moments dipolaires calculés sont en bon accord avec les données expérimentales. La valeur 7.2 D est prévue pour le moment du N-méthyl3-pyridone.L'énergie, l'intensité et les attributions des transitions calculées sont comparées avec les spectres d'absorption dans l'ultraviolet des N-méthyl-pyridones isomères. Ces spectres ont été mesurés sous des conditions rigueurésement comparables en solution non-aqueuse pour la prémière fois. L'accord est satisfaisant pour les dérivés du 2- et du 4-pyridone, moins pour le dérivé du 3-pyridone.

     

The TCNE-benzene complex: A CNDO approach

CNDO/2 calculations on the TCNE-benzene complex are reported. A stable complex is found which exhibits a relatively large stabilization energy (0.2 a.u.) at a short interplanar separation (1.75 Å); the binding apparently arises solely through charge transfer. Mulliken population analyses were performed by reinterpreting the CNDO orbitals as Löwdin orbitals. Sample calculations on small organic molecules and first row diatomics indicate the procedure to be satisfactory. It is shown that generally only overlap populations that are summed over the orbitals of the atoms in question reflect the symmetry of the molecule.

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Zusammenfassung Die Ergebnisse von CNDO/2-Rechnungen an Tetracyanaoäthylen-Benzol-Komplexen werden mitgeteilt. Es wird ein stabiler Komplex gefunden, der eine relativ große Stabilisierungsenergie (0,2 A.E.) bei geringem Abstand (1,75 Å) der Molekülebenen besitzt; die Bindung entsteht anscheinend nur durch Ladungsübertragung. Eine Populationsanalyse nach Mulliken wurde mit Hilfe der Interpretation der CNDO-Orbitale als Löwdin-Orbitale durchgeführt. Berechnungen an Beispielen wie kleinen organischen Molekülen und zweiatomigen Molekülen aus Elementen der ersten Reihe zeigen, daß die Methode befriedigende Ergebnisse liefert. Es wird gezeigt, daß im allgemeinen nur die Überlappungs-Populationen, die über die Orbitale der betrachteten Atome summiert werden, die Symmetrie des Moleküls widerspiegeln.

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Résumé Calculs CNDO/2 sur le complexe TCNE-benzène. Un complexe stable apparaît pour une séparation interplan courte (1,75 Å) avec une énergie de stabilisation relativement forte (0,2 u.a); la liaison provient apparemment du seul transfert de charge. Une analyse de population de Mulliken a été effectuée en réinterprétant les orbitales CNDO comme orbitales de Löwdin. Des calculs échantillonés sur de petites molécules organiques et des molécules diatomiques de la première ligne montrent que le procédé s'avère satisfaisant. On montre qu'en général, seules les populations de recouvrement sommées sur les orbitales des atomes en question reflètent la symétrie de la molécule.

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Supported in part by NASA University Sustaining Grant NGR 34-001-005 and National Science Foundation Grant GP-8298.     

A CNDO/2 calculation on stilbene

The equilibrium conformations of trans- and cis-stilbene and the rotational barrier between the two isomers were calculated using the CNDO/2 method. The results for the equilibrium angles and distances are in good agreement with experimental data. However, according to the calculations the phenyl rings would have a nearly free rotation which is only limited by steric hindrance. This result obviously deviates from the current view. The results are discussed in relation to previous theoretical and experimental evidence.

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Zusammenfassung Die Gleichgewichtskonformation von trans- und cis-Stilben und die Rotationsbarriere zwischen zwei Isomeren wurde nach der CNDO/2-Methode berechnet. Die Ergebnisse in bezug auf die Geometrie stimmen mit experimentellen Daten gut überein, die Rotationsbarriere für die Drehung der Phenylringe dagegen ist praktisch Null.

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Résumé La méthode CNDO/2 a été employée pour calculer les conformations d'équilibre du trans- et du cis-stilbène ainsi que la barrière de rotation entre ces deux isomères. Angles d'équilibre et distances calculés sont en bon accord avec les données expérimentales. Cependant les calculs indiquent que les cycles phényles devraient posséder une rotation libre soumise seulement à l'empêchement stérique. Ce résultat s'écarte de l'opinion courante. Les résultats sont discutés en relation avec les données théoriques et expérimentales antérieures.

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This work was supported by grant No 2741-4 from The Swedish Natural Science Research Council and grant No 69-927/U 697 from The Swedish Board for Technical Development.     

On the use of nitrite in the determination of halogen in organic compounds

Summary A few properties of nitrite are cited which are useful for the determination of halogens and perhaps also of sulfur in organic compounds. Procedures using this reagent for the determination of chlorine and bromine in ordinary organic compounds and compounds containing mercury, using flask combustion, and a procedure for microdetermination of chlorine and bromine using combustion and subsequent hydrogenation are described.

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Zusammenfassung Einige Eigenschaften des Nitrits werden erwähnt, die es für die Bestimmung der Halogene und möglicherweise auch des Schwefels in organischen Verbindungen geeignet erscheinen lassen. Arbeitsvorschriften für die Verwendung dieses Reagens bei der Bestimmung von Chlor und Brom in gewöhnlichen organischen Verbindungen und Organo-Quecksilberverbindungen mit Hilfe der Kolbenverbrennung werden beschrieben. Ebenso wird auch ein Verfahren zur Mikrobestimmung von Chlor und Brom durch Verbrennung und nachfolgende Hydrierung angegeben.

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Résumé L'auteur cite quelques propriétés des nitrites qui sont utiles pour la détermination des halogènes et peut être également du soufre dans les composés organiques. Il décrit des techniques de détermination du chlore et du brome dans les composés organiques courants et dans les composés contenant du mercure par combustion en fiole, et une technique de microdosage du chlore et du brome par combustion suivie d'hydrogénation, dans lesquelles ce réactif est utilisé.

     

Absolute infrared intensities of hydrocarbons

Dipole-moment derivatives, calculated by both the CNDO/2 method with different parameterizations and the INDO method, are compared to the experimental values determined from absolute infrared intensity measurements for the IR active modes of methane, ethane, ethylene and acetylene. A parameter refinement procedure is introduced in which the CNDO/2 molecular orbital parameters are adjusted through a damped least-squares treatment to give best agreement with the observed dipole-moment derivatives. It is found that the refinement does not substantially improve the agreement obtained with the original CNDO/2 parameterization. The INDO method gives somewhat poorer agreement than the CNDO/2 calculations. As an example of the applicability of the molecular orbital methods toward reproducing relative infrared intensities, the spectrum of cyclopropane in the gasphase is examined.

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Zusammenfassung Die Ableitungen des Dipol-Moments, die nach der CNDO/2-Methode mit verschiedenen Parametrisierungen sowie der INDO-Methode berechnet wurden, werden mit den experimentellen Ergebnissen aus Messungen der absoluten Infrarot-Intensitäten für die IR-aktiven Schwingungen von Methan, Äthan, Äthylen und Azetylen verglichen. Die CNDO/2-Parameter werden mit einer Methode der kleinsten Quadrate den beobachteten Dipol-Moment-Ableitungen angepaßt. Die Ergebnisse sind jedoch nicht wesentlich von denen der ursprünglichen CNDO/2-Methode verschieden. Die INDO-Ergebnisse sind nicht so gut wie die CNDO/2-Ergebnisse. Als Beispiel der Anwendbarkeit der MO-Methoden zur Berechnung von relativen IR-Intensitäten wird das Spektrum des Cyclopropans in der Gasphase untersucht.

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Résumé Les dérivées du moment dipolaire, calculées par la méthode CNDO/2 avec différentes paramétrisations et par la méthode INDO, sont comparées aux valeurs expérimentales déterminées à partir de mesures d'intensité absolue pour les modes actifs dans l'infra-rouge dans le méthane, l'éthane, l'éthylène et l'acétylène. Les paramètres sont ajustés de manière à donner le meilleur accord avec les dérivées du moment dipolaire. Cet ajustement n'améliore pas sensiblement l'accord obtenu avec la paramétrisation CNDO/2 originale. La méthode INDO donne des résultats moins bons que les calculs CNDO/2. Le spectre du cyclopropane en phase gazeuse est étudié comme exemple de l'applicabilité de la méthode des orbitales moléculaires au calcul des intensités relatives infra-rouge.

     

Détermination de bases de Gaussiennes optimales pour les molécules

Résumé On a déterminé une base atomique (6s 3p) pour le carbone donnant, pour l'atome, la même énergie que la base 6s 3p de Whitman-Hornback [7], mais conduisant à une énergie bien meilleure pour la molécule de méthane, et présentant des propriétés plus favorables du point de vue de la contraction. On a ensuite déterminé les facteurs d'échelle à appliquer aux exposants du carbone et de l'hydrogène pour minimiser l'énergie de la molécule de méthane et on montre que l'optimisation complète des exposants améliore considérablement l'énergie et les populations atomiques.

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Determination of optimized Gaussian bases for moléculesIII. Remarks on the starting atomic bases and application to methane

An atomic (6s 3p) basis has been determined for carbon, yielding, for the atom, the same energy as Whitman-Hornback's (6s 3p) basis, but leading to a much better energy for the methane molecule, and making contraction easier. Then, scaling factors to be applied to the exponents of hydrogen and carbon which minimize the energy of methane have been determined and it is shown that complete exponent optimization improves considerably the energy and gross atomic populations.

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Zusammenfassung Für Kohlenstoff wurde eine Basis (6s, 3p) bestimmt, die für das Atom dieselbe Energie ergibt wie diejenige (6s, 3p) von Whitman und Hornback, aber für das Methanmolekül zu einer wesentlich besseren Energie führt und gleichzeitig die Kontraktion erleichtert. Es wurden Gewichtsfaktoren für die Exponenten des Kohlenstoffs und des Wasserstoffs bestimmt, um die Energie des Methanmoleküls zu minimisieren. Es zeigt sich, daß eine vollständige Optimierung der Exponenten sowohl die Energie als auch die Ladungsdichten wesentlich verbessert.

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Présenté au Kolloquium der Physikalisch-Chemischen Institute der Technischen Universität Berlin.     

Theoretical studies on the electronic spectra of substituted aromatic molecules

A simple Pariser-Parr-Pople-electron SCF method (i.e. one in which parameter variation with charge densities and bond orders is neglected) is used to predict the first three electronic transitions and the ionization potentials of polysubstituted benzenes and five-membered ring heterocyclics containing nitrogen, oxygen, and sulfur. The parameters were chosen to fit results for the monosubstituted benzenes and then tested on the polysubstituted compounds, using charge transfer data and oxidation potentials to estimate the ionization potentials. No serious deviations other than those which could be ascribed to steric effects for the ortho disubstituted compounds were found, indicating that penetration integrals and non-nearest-neighbor effects can be absorbed into the semi-empirical parameters. For the five-membered ring heterocyclics it is shown that it is unsatisfactory to use the simple parent compounds, pyrrole, furan, and thiophene as reference molecules in choosing parameters, since satisfactory choices for these molecules often give quite unrealistic results for the corresponding benzo and dibenzo derivatives. Sets of parameters which give consistent results for the parent and the benzo and dibenzo derivatives are given for the nitrogen, oxygen and sulfur heterocyclics.

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Zusammenfassung Mittels eines PPP-SCF-Verfahrens (mit von der Dichtematrix unabhängigen Parametern) werden die drei ersten Elektronenübergänge und Ionisationspotentiale von mehrfach-substituierten Benzolen sowie von heterocyclischen Fünfringen mit N, O und S berechnet. Die Parameter wurden an den einfach-substituierten Benzolen adjustiert. Bei Übertragung auf polysubstituierte Verbindungen ergaben sich nur bei den ortho-disubstituierten Abweichungen, die auf den spezifischen sterischen Verhältnissen beruhen dürften. Daraus wird der Schluß gezogen, daß Durchdringungsintegrale und Effekte übernächster Nachbarn in die Parameter eingeschlossen werden können. Im Fall der Fünfringe zeigt sich, daß man besser nicht die einfachen und unsubstituierten Ringe für die Parameterwahl benützt, weil man sonst oft für Benzo- und Dibenzoabkömmlinge unrealistische Resultate erhält. Dagegen lassen sich Parametersätze finden, die für alle drei Typen befriedigende Ergebnisse liefern.

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Résumé Une méthode SCF Pariser-Parr-Pople pour électrons, sans variation des paramètres avec les charges et les indices de liaison, est utilisée pour prédire les trois premières transitions électroniques et les potentiels d'ionisation des benzènes polysubstitués et des hétérocycles pentagonaux contenant de l'azote de l'oxygène et du soufre. Les paramètres ont été ajustés sur les benzènes mono-substitués et testés sur les composés polysubstitués, en utilisant les données du transfert de charge et les potentiels d'oxydation pour évaluer les potentiels d'ionisation. Peu d'écarts importants ont été obtenus, en dehors de ceux que l'on peut attribuer à des effets stériques dans les composés di substitués en ortho; ceci indique que les intégrales de pénétration et les effets des voisins lointains peuvent être introduits dans les paramètres semi-empiriques. En ce qui concerne les hétérocycles à cinq atomes, on montre qu'il n'est pas satisfaisant d'utiliser les composés parents simples: pyrrole, furane et thiophène, comme molécules de référence pour le choix des paramètres, car on obtient ainsi des résultats souvent non réalistes pour les dérivés benzo et di benzo correspondants. On donne des paramètres permettant d'obtenir des résultats satisfaisants dans ces cas.

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NASA Research Trainee 1967.     

Die Bestimmung von Orbitalreihenfolgen in symmetrischen Molekülen auf Grund der Topologie und Struktur

Zusammenfassung Die Gruppentheorie liefert die Anzahl und den Entartungsgrad der Orbitalterme eines symmetrischen Moleküls. Die Reihenfolge von Orbitalenergien läßt sich auf Grund der Topologie (Inzidenzeigenschaften) und Molekülstruktur (Konformation) bestimmen. Grundsätzliche Probleme der topologischen Matrix und der Strukturmatrix und Zusammenhänge mit phänomenologischen Eigenschaften werden besprochen. Symmetrie- und Molekülstruktur können nur dann umkehrbar eindeutig durch die Strukturmatrix dargestellt werden, wenn topologisch äquivalente Symmetrien nicht als wesentlich verschieden angesehen werden. Das Verfahren wird am Beispiel eines Tetraeders demonstriert und einige Anwendungsbereiche aufgezeigt.

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Group theory supplies the number and the degeneracies of orbital terms in a symmetrical molecule. The order of orbital energies is determined by the topology (incidence) and structural properties (conformation) of the molecule. Fundamental definitions of the topological and structural matrices are given and their relations to phenomenological properties are discussed. Symmetry and molecular structure can only be represented in a bi-unique way by the structural matrix if topologically equivalent symmetries are considered as not essentially different. The method is illustrated for a tetrahedron and some applications are mentioned.

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Résumé La théorie des groupes permet de trouver le nombre et les dégénérescences des niveaux des orbitales dans les molécules symmétriques. La succession des énergies des orbitales est déterminée par les propriétés topologiques (incidence) et structurales de la molécule. Les problèmes fondamentaux associés aux matrices topologiques et structurales ainsi que leur lien avec les propriétés phénoménologiques sont discutés. La Symmetrie et la structure moléculaire ne peuvent être représentés que d'une façon bilatérale par la matrice de structure, si les symmetries topologiquement équivalentes ne sont pas considérées comme étant essentiellement différentes. La méthode est décrite pour le tétraèdre et quelques applications sont mentionnées.

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Herrn Prof. E. Hbilbeonnbe, Zürich, danke ich für eine Reihe von Diskussionen.     

Berechnung der Bandstruktur von ScC und ScN

Zusammenfassung Die Bandstruktur von ScC und ScN wird mit Hilfe der Augmented-Plane-Wave (APW)-Methode berechnet. Unter Verwendung der atomaren Potentiale von Herman und Skillman werden für 256 k-Punkte der Brillouin-Zone die Energieeigenwerte bestimmt und daraus Zustandsdichte und Fermi-Energie ermittelt. Die Ladungsverteilungen innerhalb der Atomsphären im Kristall und in den freien Atomen werden verglichen. Aus den Eigenfunktionen kann analog zur Zustandsdichte eine nl-Charakterdichte abgeleitet werden.

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Energy band structure of scc and scn

The energy band structure of ScC and ScN has been calculated by the augmented-plane-wave (A PW) method. By using the atomic potentials of Herman and Skillman, the energy eigenvalues for 256 k-points in the Brillouin zone have been obtained. From these data the density-of-states and the Fermi energy have been derived. The charge distribution within the atomic spheres in the crystal and within the atomic spheres of the free atoms have been compared. The eigenfunctions permit to calculate the nl-character density, a quantity which is analogous to the density-of-states.

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Résumé La structure des bandes énergétiques du ScC et du ScN a été calculée par la méthode A.P.W. (Augmented-Plane-Wave). En appliquant les potentiels atomiques de Herman et Skillman, les eigen-valeurs d'énergie ont été déterminées pour les 256 k-points de la zone-Brillouin. De la, la densité des états énergétiques et l'énergie de Fermi a été dérivées. La distribution des charges dans les spheres atomiques du cristal et dans les spheres atomiques des atomes libres a été comparée. Analogue a la densité des états, une densité du n, l-caractere peut etre dérivée de la connaissance des eigen-fonctions.

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Herrn Prof. Dr. H. Nowotny, Vorstand des Instituts für Physikalische Chemie der Universität Wien, danken wir für die Anregung dieses Themas und die stete Förderung, die er dieser Arbeit angedeihen ließ. Die Berechnungen wurden am Institut für numerische Mathematik der TH Wien ausgeführt. Dem Vorstand dieses Institutes, Herrn Prof. H. J. Stetter, gebührt unser besonderer Dank. Danken wollen wir auch Herrn H. Lorenz, dem Systemingenieur der Rechenanlage, für wertvolle Ratschläge.     

Die Bestimmung des Eisens in Pferdeserum

Zusammenfassung Daß die Bestandteile des Serums die Genauigkeit der Bestimmung des Eisens nicht im mindesten beeinflussen, wird durch die Tatsache bewiesen, daß die Richtungskoeffizienten der Gleichungen für die Bestimmungen in Wasser und in Serum völlig identisch sind. Die beschriebene Methode der Bestimmung des Eisens in Pferdeserum hat sich als zuverlässig erwiesen. Die Fehler der Bestimmung sind minimal. Das Eisen wird mit Trichloressigsäure bei 90 bis 95° C extrahiert. Dem Serum zugegebenes Eisen(III) wurde quantitativ wieder gefunden.

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Summary The fact that the directional coefficients of the equations for the determinations in water and in serum are completely identical proves that the constituents of the serum do not affect the accuracy of the determination of the iron in the slightest.The method described for determining iron in horse serum has been found to be reliable. The errors of the determination are minimal. The iron is extracted with trichloroacetic acid at 90–95° C. Iron(III) added to the serum was recovered quantitatively.

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Rèsumè Il a été possible d'établir que les constituants du sérum n'ont aucune influence sur la précision du dosage du fer. Cette assertion résulte du fait que les coefficients de pente des équations utilisées pour le dosage du fer sont absolument identiques pour l'eau et pour le sérum. La méthode décrite pour le dosage du fer dans le sérum de cheval peut être appliquée avec sûreté. L'erreur de la détermination est très faible. Le fer est extrait par l'acide trichloracétique à une température comprise entre 90 et 95° C. Le fer(III) préalablement introduit dans le sérum, y a été retrouvé quantitativement.

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An dieser Stelle möchten wir auch Herrn Dr.M. Bajzer vom Zentralen hygienischen Institut in Zagreb für die statistische Bearbeitung unsere Resultate danken.     

How quantitative is the concept of maximum overlap?

A criterion based on the concept of maximum overlap has been used as an optimizing principle to obtain approximate all valence electron wave functions for a variety of molecules. By means of this procedure, the wave functions are obtained without the use of parameters, semiempirical data, or integral approximations. Even though there are obvious errors in such an approach, the charge densities and dipole moments calculated from these wave functions have a surprising degree of validity. It does appear, though, that the results will be most reasonable for strongly covalent molecules, where large amounts of charge migration are not involved.

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Zusammenfassung Ein Kriterium auf Grund der Konzeption der maximalen Überlappung wurde als Optimalisierungsprinzip verwendet, um Wellenfunktionen für alle Valenzelektronen einer ganzen Reihe von Molekülen zu finden. Auf diesem Weg werden keine Parameter, semiempirische Daten oder Integral-näherungen benötigt. Trotz der offensichtlichen Vernachlässigungen sind die erhaltenen Ladungsdichten und Dipolmomente erstaunlich gut. Allerdings scheint es, als ob die Ergebnisse bei ausgeprägt kovalenten Molekülen am besten wären, wo größbere Ladungsverschiebungen nicht auftreten.

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Resumé Utilisation d'un critère fondé sur le concept du recouvrement maximum comme principe pour obtenir des fonctions d'onde pour tous les électrons de valence de toute une variété de molécules. A l'aide de ce procédé les fonctions d'onde sont obtenues sans l'emploi de paramètres, de données semi-empiriques ou d'approximation d'intégrales. Quoique cette approche comporte des erreurs évidentes, les densités de charge et les moments dipolaires calculés à partir de ces fonctions d'onde ont un degré de validité surprenant. Il apparaît néanmoins que les résultats seront d'autant plus raisonnables que les molécules seront plus covalentes et ne comporteront pas de transferts de charges importants.

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This work was supported in part by the National Science Foundation, Grant NSF-GP-16666.

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IBM Graduate Fellow.     

On damping in self-consistency cycling procedures

The effects of damping on cycling procedures intended to produce self-consistent results among coupled equations are investigated. Analytic procedures reveal that Hartree damping will effect the rate and mode of convergence without influencing the converged result for general series of polynomials. Other procedures may not meet the latter critical requirement. Choice of damping factor is analyzed and the relevance of geometric series extrapolation techniques to the convergence properties, with and without damping, of coupled polynomial series is examined.

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Zusammenfassung Dämpfungseffekte bei zyklischen Prozeduren, die angewendet werden, um von gekoppelten Gleichungen selbstkonsistente Resultate zu gewinnen, werden untersucht. Analytische Prozeduren offenbaren, daß die Hartree-Dämpfung auf die Schnelligkeit und die Art der Konvergenz wirkt, ohne bei allgemeinen Reihen aus Polynomen das konvergente Resultat dabei zu beeinflussen. Andere Prozeduren brauchen letztere kritische Forderung nicht zu erfüllen. Die Wahl des Dämpfungsfaktors wird analysiert und die Bedeutung der Extrapolationstechniken geometrischer Reihen für die Konvergenzeigenschaften von gekoppelten Reihen von Polynomen, mit und ohne Dämpfung, wird über-prüft.

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Résumé Etude des effets d'amortissement dans les procédés itératifs utilisés pour obtenir des résultats self-consistants pour des équations couplées. Des procédés analytiques montrent que l'amortissement de Hartree effectera la vitesse et le mode de convergence sans pour autant changer le résultat pour des séries générales de polynômes. D'autres procédés peuvent ne pas remplir cette condition critique. Le choix du facteur d'amortissement est analysé et l'on étudie le rôle des techniques d'extrapolation des séries géométriques dans les propriétés de convergence, avec et sans amortissement, pour les séries polynomials couplées.

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Research carried out at Brookhaven National Laboratory under contract with the U.S. Atomic Energy Commission.     

Über die quantitative Oxydation organischer Borverbindungen

Zusammenfassung Borverbindungen geben bei der klassischen Analyse oft zu tiefe C- und N-Werte. Gelegentlich werden auch zu hohe N-Werte erhalten. An Hand der Oxydationskurven wird gezeigt, daß diese Fehlresultate folgende Ursachen haben: 1. Die flüchtigen Crackprodukte, die bei der Zersetzung von Borverbindungen entstehen, werden von der Oxidschicht unvollständig oxydiert. Borverbindungen sind an sich schwieriger oxydierbar als die entsprechenden borfreien Verbindungen. Eine Oxidschicht, die Methan quantitativ oxydiert, ist jedoch auch für Borverbindungen ausreichend. 2. Die nichtflüchtigen Crackprodukte (borhaltige Kohle) setzen sich erst bei 900 bis 1000° C quantitativ mit dem Sauerstoff des Spülgases um. 3. Bei wiederholter Analyse von Borverbindungen wird die Oxidschicht beträchtlich desaktiviert, wodurch die Oxydationsleistung unter 100% absinkt.

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Summary The classical analysis of boron compounds often yields too low figures for carbon and nitrogen. Occasionally too high values are obtained for nitrogen. Oxidation curves showed that these inaccurate results are due to the following causes: 1. The volatile cracking products that result from the decomposition of boron compounds are oxidized incompletely by the oxide layer. Boron compounds are innately more difficult to oxidize than the corresponding boron-free compounds. An oxide layer, which oxidizes methane quantitatively, is, however, also adequate for boron compounds. 2. The nonvolatile cracking products (boron-bearing carbonaceous material) react with the oxygen of the purging gas quantitatively only at 900–1000° C. 3. The oxide layer is markedly deactivated on repeated analyses of boron compounds with the consequence that the oxidation performance falls below 100%.

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Résumé Les composés du bore conduisent souvent en analyse classique à des valeurs faibles pour le carbone et l'azote. On obtient aussi parfois des valeurs par excès pour l'azote. On montre, en s'appuyant sur les courbes d'oxydation que ces résultats par défaut ont les causes suivantes: 1° les gaz volatils de crackage qui prennent naissance pendant la décomposition des composés du bore se trouvent oxydés incomplètement par la couche d'oxyde. Les composés du bore sont plus difficilement oxydables que les composés correspondants qui n'en contiennent pas. Une couche d'oxyde qui provoque l'oxydation quantitative du méthane est pourtant suffisante également pour les composés du bore. 2° Les produits de crackage non volatils (carbone contenant du bore) ne réagissent quantitativement qu'à 900–1000° avec l'oxygène du gaz de balayage. 3° A la suite d'analyses répétées de composés du bore, la couche d'oxyde perd considérablement de son activité, ce qui provoque une diminution du pouvoir oxydant au-dessous de 100%.

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Für die Überlassung yon Testsubstanzen danken wir Herrn Prof. Dr.M. Pailer, Organiseh-ehemisehes Institut der Universität Wien, und Herrn Dr.A. Meller, Institut für allgemeine und anorganisehe Chemie der Technisehen Hochsehule Wien.     

A self consistent field molecular orbital treatment,including excited states of cyclopropane,ethylene oxide and ethylenimine

The electronic structure of cyclopropane, ethylene oxide and ethylenimine, have been investigated using the Pople-Segal Complete Neglect of Differential Overlap self consistent field molecular orbital method, including all valence electrons. The theory gives a good account of the ground state charge distributions and dipole moments and a reasonable interpretation of the electronic spectra of the three molecules.

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Zusammenfassung Die Elektronenstruktur von Cyclopropan, Äthylenoxid und Äthylenimin wurde mit Hilfe der Pople-Segal CNDO-SCF-MO Methode untersucht. Die Theorie gibt gute Ergebnisse für die Ladungsverteilungen im Grundzustand, für die Dipolmomente und für eine Interpretation der Elektronenspektren.

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Résumé Les structures électroniques du cyclopropane, de l'oxyde d'éthylène et de l'éthylèneimine, ont été étudiées en utilisant la méthode S.C.F. de Pople-Segal comportant tous les électrons de valence et négligeant totalement le recouvrement différentiel. La théorie rend bien compte des distributions de charge et des moments dipolaires de l'état fondamental et donne une interprétation raisonnable des spectres électroniques des trois molécules.

     

Quantenmechanische Zweizentren-Coulomb-Modelle für Acetylen, Äthylen und Äthan

Zusammenfassung Aus zweiatomigen Bahnfunktionen (H ₂ ⁺ -artigen Funktionen) wurde eine 10-reihige Heisenberg-Slater-Determinante für die Valenzelektronen des Acetylens und eine 14-reihige Heisenberg-Slater-Determinante für die Valenzelektronen des Äthans aufgebaut. Unter Optimierung der effektiven Kernladungszahl Z₀ wurden die aus den Determinanten resultierenden Energiehyperflächen abgetastet. Ähnlich wurde der Grundzustand des Äthylens als Mischung zweier symmetrieadaptierter Linearkombinationen aus 12-reihigen Heisenberg-Slater-Determinanten angesetzt, wobei sich zu-sätzlich Höhe und Gestalt des Behinderungspotentials und die Frequenz der Verdrillung aus dem resultierenden Eigenwertproblem in Näherung ergaben.

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Quantum mechanical two center models for acetylene, ethylene and ethane

Diatomic Orbitals (H ₂ ⁺ -like functions) were used as molecular orbitals to form a 10-row Heisenberg-Slater-determinant for the valence electrons of acetylene and a 14-row determinant for the valence electrons of ethane. Optimizing the effective nuclear charge Z₀, points of the energy surfaces for a rectangular grid were calculated from the determinantal approximations for the two molecules. The ground state of ethylene was similarly treated as a mixture of two symmetry-adapted linear combinations of 12-row determinants. The resulting eigenvalue problem gave an approximation for height and shape of the barrier of internal rotation and for the twisting frequency of ethylene.

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Résumé Orbitales diatomiques (analogue á H ₃ ⁺ fonctions) sont utilisés pour construire un déterminant d'Heisenberg-Slater á 10 rangs pour les électrons de valence d'acétylène et un déterminant á 14 rangs pour les électrons de valence d'éthane. En optimalisant la charge effective nucleaire Z₀ des points de la surface d'énergie se sont dérivés de l'approximation déterminantal pour les deux molécules. D'une façon analogue l'état fondamental d'éthylène s'était traité en le considerant comme une mixture de deux combinaisons linéaires symétry adaptés de déterminants d'Heisenberg-Slater á 12 rangs. Le problème résultant de valeur propre servait comme approximation pour l'hauteur et la forme de la barière de rotation interne et pour la fréquence de torsion d'éthylène.

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Auszugsweise auf dem Symposium über Theoretische Chemie in Zürich, 28. März bis 1. April 1966, vorgetragen.

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Herrn Professor Dr. K. H. Hansen sind wir für Diskussionen über die Anwendung der Gruppentheorie auf das Äthylen-Problem und Herrn Dipl.-Chem. W. Strehl für Diskussionen über numerische Probleme und für zwei Unterprogramme zu Dank verpflichtet.

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Der Deutschen Forschungsgemeinschaft sei für ein Stipendium für K. H. gedankt, der Kommission für Elektronisches Rechnen der Bayerischen Akademie der Wissenschaften für die Gewährung von Rechenzeit und die Betreuung bei Rechnungen auf dem TR 4 und schließlich dem Zentralen Recheninstitut der Universität Frankfurt a. M. für die Finanzierung von Rechenzeit auf der IBM 7090 des Deutschen Rechenzentrums Darmstadt.     

Non-empirical LCAO-MO-SCF-CI calculations on organic molecules with Gaussian type functions

Single detor wavefunctions were calculated for formamide (HCONH₂) in the LCAO-MO-SCF framework using a basis of Gaussian type functions (GTF) centered on the individual atoms. Preliminary calculations were carried out on various planar and non-planar configurations of the amide hydrogens. A planar model was found to be the most stable and this planar species was used as the model for the investigation of physical properties. Ground state molecular properties investigated for formamide include ionization potentials, dipole moment, electron populations and one electron and total electron densities. Low lying excited state energies were calculated accurately using a single co-detor wavefunction and the predicted electronic transitions were associated with the previously reported experimental UV spectrum.

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Zusammenfassung Der Grundzustand von Formamid (HCONH₂) wurde mittels der LCAO-MO-SCF-Methode mit einem GTF Basissatz berechnet. Dabei ergab sich, da\ das planare Molekül am stabilsten ist; für diese Konfiguration wurden Ionisationspotential, Dipolmoment, Elektronen-Population, Ein- und Gesamtelektronendichte berechnet. Die untersten angeregten ZustÄnde wurden mit einem einfachen Co-Detor berechnet und die ElektronenübergÄnge mit dem experimentellen UV-Spektrum verglichen.

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Résumé On a calculé des fonctions d'onde simples déterminants pour la formamide (HCONH₂) dans le cadre de la méthode LCAO-MO-SCF en utilisant une base de fonctions du type gaussien (GTF) centrées sur les différents atomes. Des calculs préliminaires ont été effectués pour diverses configurations planes et non planes des atomes d'hydrogène du groupement amide. Un modèle plan s'est avéré le plus stable; il a été utilisé pour l'étude des propriétés physiques. Les propriétés moléculaires de l'état fondamental étudiées sont: les potentiels d'ionisation, le moment dipolaire, les populations électroniques et les densités électroniques. Les énergies des états excités inférieure ont été calculées avec précision en utilisant une simple combinaison de déterminants; les transitions électroniques ainsi prédites sont mises en correspondance avec le spectre U.V. expérimental publié auparavant.

     

A correlation of the refractive index to the melting point and molecular weight of some organic compounds

Zusammenfassung Die Beziehungen zwischen Kristallbau, Form und Anordnung der Moleküle einerseits, Refraktion und Doppelbrechung anderseits werden unter Hinweis auf die einschlägige Literatur kurz besprochen. Kristalloptische Messungen können Auskunft über die Anordnung von Molekülen bekannter Struktur im Kristall geben und sie sind wertvoll für das Studium der Molekülorientierung in Fasern, Kunststoffen, Kautschuk, Proteinen und bei der Muskelkontraktion. Kenntnis des kristalloptischen Verhaltens erleichtert ferner die Untersuchung der Kristallstruktur mit Röntgenstrahlen.

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Résumé D'une part, les relations entre la structure cristalline, la forme et l'arrangement des molécules, d'autre part, la réfraction et la biréfringence, sont brièvement passés en revue avec une allusion à la littérature correspondante. Les mesures cristallo-optiques peuvent donner des renseignements sur l'arrangement des molécules de structure connue dans le cristal et elles sont précieuses pour l'étude de l'orientation des molécules dans les fibres, les matières artificielles, le caoutchouc, les protéines et pour l'étude de la contraction musculaire. La connaissance des propriétés cristallo-optiques simplifie en outre la recherche de la structure cristalline avec les rayons X.

     

Zur Lage,Intensität und Polarisation der Elektronenübergänge im Stilben

Zusammenfassung Mit Hilfe des verzweigten Elektronengasmodells werden für Stilben die Elektronenübergänge, ihre Polarisation und die zugehörigen Oszillatorenstärken berechnet. Die Ergebnisse bestärken die Annahme, daß die langwellige Bande des Stilbenspektrums durch die Überlagerung zweier Banden unterschiedlicher Intensität zu erklären ist. Die berechneten Oszillatorenstärken stimmen mit den experimentellen Werten gut überein, was besonders für die trans- und cis-Konfiguration gilt. Die theoretisch gefolgerte Polarisation des Elektronenüberganges der langwelligen Bande in der Längsrichtung des Moleküls steht in Einklang mit experimentellen Befunden.

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The electron transitions in the stilbene molecule, their polarizations and oscillator-strenghts are calculated by means of the electron-gas model with ramification. The results confirm the supposition, that the first band of the stilbene-spectrum is a superposition of two bands of different intensity. The calculated oscillator-strengths agree well with the experimental values, especially for the trans- and cis-configuration. The theoretical polarization of the first electron transition in the long axis of the molecule agrees with the experimental results.

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Résumé A l'aide du modèle du gaz électronique ramifié les transitions électroniques, leurs polarisations et leurs forces oscillatrices sont calculées pour le stilbène. Les résultats confirment la supposition, que la première bande d'absorption est à expliquer par une superposition de deux bandes à intensités différentes. Les forces oscillatrices calculées sont en bon accord avec les valeurs expérimentales, spécialement pour les configurations trans et cis. La polarisation théorique de la première bande d'absorption s'accorde bien avec les résultats expérimentals.