
- •Компьютерная технология квантово-химических расчетов с помощью программного пакета “gaussian” Методическое пособие
- •Введение
- •Строение электронной оболочки атома
- •Волновая функция электрона и стационарное уравнение Шредингера
- •1.2 Решение уравнения Шредингера для атома водорода и водородоподобных атомов
- •1.3 Многоэлектронные атомы
- •Аналитические аппроксимации атомных орбиталей и атомные базисные наборы
- •Атомные псевдопотенциалы
- •II. Теория электронного строения молекул
- •2.1 Метод молекулярных орбиталей (мо лкао)
- •В заключение этого раздела необходимо обратить внимание еще на одно весьма важное обстоятельство.
- •2.2 Теория возмущений Мёллера-Плессе
- •2.3 Теория функционала плотности
- •2.4 Полуэмпирические методы квантовой химии
- •2.5 Модель реакционного поля для учета эффектов сольватации
- •III. Порядок работы с программным пакетом квантово-химических расчетов “ гауссиан”
- •3.1 Структура файла исходных данных
- •0 1 (Спецификация молекулы)
- •Variables:
- •3.2 Структура выходного файла
- •Variables:
- •Initialization pass.
- •Isotopes: n-14,h-1,h-1,h-1
- •Item Value Threshold Converged? Maximum Force .043925 .000450 no
- •Virtual (a1) (e) (e) (e) (e) (a1) (a1) (e) (e) (a1)
- •Ir Inten -- 381.2474 22.7331 22.7331
- •22.61138 (Kcal/Mol)
- •Vibrational temperatures: 1230.35 2673.15 2673.15 5243.52 5468.34
- •Vibrational 22.653 .605 .172
- •3.3 Алгоритм составления z-матрицы
- •3.3.1. Использование внутренних координат атомов.
- •Variables:
- •Variables:
- •3.3.2 Использование декартовых координат атомов.
- •3.3.3 Смешанное использование внутренних и декартовых координат.
- •Variables:
- •3.3.4 Использование псевдоатомов.
- •Variables:
- •IV. Оптимизация молекулярной геометрии
- •Расчет молекулы при фиксированной геометрии
- •Оптимизация геометрии
- •V. Расчет путей химических реакций
- •5.1 Поверхность потенциальной энергии реакций
- •5.2 Поиск переходного состояния.
- •Variables:
- •Variable Old X -de/dx Delta X Delta X Delta X New X
- •Item Value Threshold Converged?
- •Variable Old X -de/dx Delta X Delta X Delta X New X
- •Item Value Threshold Converged?
- •Ir Inten -- 18.4533 18.9748 128.0921
- •1 Imaginary frequencies ignored.
- •Variables:
- •Variables:
- •Iteration 8
- •I X gradient displacement newx
- •Item value threshold converged?
- •Ir Inten -- 18.5781 18.9228 128.1958
- •1 Imaginary frequencies ignored.
- •5.3 Расчет пути химической реакции.
- •Irc calculation in mass-weighted internal coordinates
- •Variables:
- •VI. Учет влияния эффектов сольватации
- •Version: matrix inversion
- •174 Tesserae over a maximum of 1500
- •VII. Дополнительные сведения
- •7.1. Порядок следования разделов в исходном файле
- •7.2. Методы расчета, реализованные в Гауссиане
- •7.3. Встроенные базисные наборы и псевдопотенциалы атомов
- •7.4. Наиболее часто употребляемые директивы
- •7.4.1 Опции директивы Opt
- •7.4.2 Опции директивы Freq
- •7.4.3 Опции директивы scrf
- •7.4.4 Опции директивы scf
- •7.4.5 Опции директивы Pop
- •7.4.6 Опции директивы Guess
- •7.4.7 Опции директивы Geom
- •7.4.8 Опции директивы irc
- •7.5. Задание базисных наборов и псевдопотенциалов во входном файле
- •VIII. Заключение
Министерство образования Российской Федерации
Казанский государственный технологический университет
Компьютерная технология квантово-химических расчетов с помощью программного пакета “gaussian” Методическое пособие
Казань 2003
Составители: канд. хим. наук, доц. А.Н.Маслий,
канд. хим. наук, доц. Е.М.Зуева,
канд. хим. наук, доц. С.В.Борисевич,
д-р хим. наук, проф. А.М.Кузнецов,
д-р хим. наук, проф. М.С.Шапник
Компьютерная технология квантово-химических расчетов с помощью рограммного пакета “GAUSSIAN”: Метод. пособие/ Казан. гос. технол. ун-т; Сост.: А.Н.Маслий, Е.М.Зуева, С.В.Борисевич, А.М.Кузнецов, М.С.Шапник. Казань, 2003. 88 с.
Предназначено для ознакомления потенциального пользователя с возможностями современного высокоэффективного квантово-химического программного пакета “GAUSSIAN”, содержит краткое описание расчетных схем квантовой химии и алгоритма составления исходных данных и анализа полученных результатов при решении квантово-химических задач.
Может быть рекомендовано для студентов магистерской формы обучения, изучающих основы квантовой химии, а также аспирантов, сотрудников и преподавателей, интересующихся применением современных вычислительных методов квантовой химии в исследовании структуры и реакционной способности молекул.
Подготовлено на кафедре неорганической химии КГТУ.
Печатается по решению методической комиссии
по циклу химических дисциплин
Под редакцией проф. А.М.Кузнецова
Рецензенты: д-р хим. наук, проф. Г.А.Чмутова,
д-р хим. наук, проф. Г.М.Храпковский
Введение
В настоящее время методы квантовой химии стали довольно мощным инструментом исследований не только в руках химиков-теоретиков, но и экспериментаторов, проявляющих все возрастающий интерес к тому, как же протекают химические процессы на микроскопическом уровне и каким образом электронное строение реагирующих молекул или ионов влияет на механизм и скорость химической реакции. Важно отметить, что с помощью квантово-химических расчетов стало возможным прогнозирование синтеза новых молекулярных систем. В качестве примера достаточно отметить, что синтезу открытых совсем недавно фуллеренов предшествовали квантово-химические расчеты, которые предсказали возможность существования этих необычных соединений. С созданием высокоскоростных и эффективных компьютерных средств стало возможным проведение прецизионных расчетов переходных состояний ряда быстропротекающих реакций, структура которых может быть зафиксирована экспериментально с помощью методов фемтосекундной спектроскопии. По этой причине в данном методическом пособии особое место уделяется описанию технологии поиска переходных состояний и пути реакции, а также полезным рекомендациям по решению этой одной из актуальных и сложных задач прикладной квантовой химии.
Одним из самых распространенных на сегодняшний день квантово-химических программных пакетов является GAUSSIAN (Гауссиан), созданный группой высококвалифицированных специалистов в области квантовой химии, а также профессионалов-программистов, которую возглавляет лауреат Нобелевской премии профессор Дж. Попл (Университет Карнеги, США). Популярность этого программного пакета основана на том, что это один из самых первых программных пакетов в квантовой химии (первая версия вышла в 1970 г.), и, как следствие, его основные алгоритмы хорошо отлажены и надежны; он активно развивается, и в каждой новой версии этого программного пакета отражены многие новейшие достижения в области квантовой химии. Версии Гауссиана выпускаются под большинство ныне существующих операционных систем и компьютерных платформ (от суперкомпьютеров до персональных компьютеров). В пособии описана специфика работы с версией программы Гауссиан-98. Последняя, более эффективная версия Гауссиан-03, которая выходит в 2003 году, принципиально не отличатся по специфике использования от предыдущей, а отличается в основном более совершенными алгоритмами расчетов с точки зрения их быстродействия.
Цель предлагаемого методического пособия состоит в том, чтобы потенциальный пользователь Гауссиана с наименьшими затратами усилий и времени смог ознакомиться с основными расчетными возможностями этого пакета, освоить порядок составления необходимых исходных данных и проведения квантово-химических расчетов. Разумеется, что это пособие не претендует на исчерпывающее описание всего того, что можно получить, работая с Гауссианом. Для более подробного ознакомления со всеми его возможностями (опциями) следует обратиться к прекраснейшим оригинальным руководствам для пользователей Гауссиана [1,2].
Данное пособие предназначено в первую очередь для студентов магистерской формы обучения, изучающих квантовую механику и квантовую химию. Возможно, оно также будет полезным аспирантам, преподавателям и сотрудникам университета, кто в своей научной работе пожелает ближе познакомиться с квантовой химией и сделать первые шаги в ее применении к решению конкретных научных проблем.
Авторы данного пособия имеют довольно значительный опыт проведения квантово-химических расчетов при решении различных химических проблем и поэтому всегда готовы любезно оказать необходимую помощь любому начинающему. Они также с благодарностью воспримут все замечания и пожелания по оформлению и содержанию предлагаемого пособия.