- •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
- •2.1 Метод молекулярных орбиталей (мо лкао)
- •Атомные псевдопотенциалы
- •II. Теория электронного строения молекул
- •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
3.2 Структура выходного файла
Сразу же после начала расчета в многозадачных операционных системах (а реализации Гауссиана существуют только для таких операционных систем) можно начать просматривать и анализировать выходной файл, содержащий результаты расчета. Это необходимо по многим причинам, например, для контроля правильности задания исходных данных и контроля процесса расчета.
Выходной файл Гауссиана даже для небольших задач содержит довольно большой объем информации и не может быть приведен полностью, однако наиболее важные расчетные данные будут здесь отражены.
В начале каждого выходного файла Гауссиан сообщает информацию об авторских правах, патентах и группе разработчиков программного пакета. Затем указывается время запуска задачи на решение и используемая версия Гауссиана. Далее следует информация из входного файла. Сначала повторяется раздел %, за ним выделяется раздел директив расчета, после которого идет интерпретация этого раздела в виде внутренних директив отдельным процедурам программы, причем здесь уже перечисляются как директивы, заданные пользователем, так и директивы, принятые в программе по умолчанию. Далее отдельно выделяется раздел комментариев, и за ним переписывается геометрия системы с указанием заряда рассчитываемой системы и мультиплетности. В случае, когда проводится оптимизация геометрии, сразу за разделом геометрии следует раздел, в котором указываются переменные для оптимизации (даже в том случае, если они были перечислены после Z-матрицы). Для задачи, рассмотренной в предыдущем разделе, все это выглядит следующим образом:
Symbolic Z-matrix:
Charge = 0 Multiplicity = 1
X
N 1 2.0
H 2 nh 1 xnh
H 2 nh 1 xnh 3 120.0
H 2 nh 1 xnh 3 -120.0
Variables:
nh 1.0
xnh 110.0
GradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad
Berny optimization.
Initialization pass.
----------------------------
! Initial Parameters !
! (Angstroms and Degrees) !
-------------- ---------------
! Name Value Derivative information (Atomic Units) !
---------------------------------------------------------
! nh 1.1 estimate D2E/DX2 !
! xnh 110. estimate D2E/DX2 !
---------------------------------------------------------
Далее следует раздел анализа исходной геометрии системы. В этом разделе сначала проводится анализ Z-матрицы, затем осуществляется перевод Z-матрицы в декартовы координаты. После этого составляется матрица расстояний (треугольная матрица, в которой указаны расстояния между всеми центрами рассматриваемой системы), матрица углов (отбираются наиболее характерные углы) и матрица диэдральных углов (печатается только при задании специальной директивы). После этого проводится анализ точечной группы симметрии системы. В заключение Гауссиан преобразовывает полученные координаты во внутренние координаты, которые наилучшим образом подходят для дальнейшего процесса оптимизации.
На следующем этапе Гауссиан считывает базисные наборы и распределяет их по атомам системы, при этом определяется точечная группа молекулы и симметрия орбиталей.
Далее начинается собственно процесс расчета. На каждой итерации выдается следующая информация: используемые изотопы атомов, используемые базисные наборы, типы используемой орбитальной симметрии, количество базисных функций, примитивных гауссианов и электронов, неприводимые представления точечной группы симметрии, по которым преобразуются молекулярные орбитали. Затем указываются критерии сходимости и результаты работы SCF-процедуры (процедуры самосогласованного поля).