- •Часть 1. Компьютерное моделирование электронной структуры фуллерена с60
- •Введение
- •Лабораторная работа №1 «Основы работы в редакторе GaussView пакета Gaussian03»
- •1.1 Теоретическая часть
- •1.1.1 Программный комплекс Gaussian03
- •1.1.2 Редактор GaussView
- •1.2 Практическая часть
- •1.2.1 Построение молекул c использованием библиотек редактора GaussView
- •1.2.2. Примеры задания конфигурации молекул в редакторе GaussView
- •Вопросы
- •Лабораторная работа №2 «Численное моделирование электронной структуры молекул с использованием пакета Gaussian03»
- •2.1 Теоретическая часть
- •2.1.1 Основные методы расчета молекулярных структур
- •2.1.2 Неэмпирические методы расчета
- •2.1.2.1 Метод Хартри-Фока
- •2.1.2.2 Метод теории функционала плотности
- •2.1.3 Основные квантово- механические базисы
- •2.2 Практическая часть
- •2.2.1 Использование Gaussian Calculation Setup для установки параметров расчетов
- •2.2.2 Контрольный пример. Расчет характеристик молекулы кислорода o2
- •2.2.2.1 Визуализация электронной структуры атома кислорода
- •2.2.2.2 Зависимость полной энергии двух атомов кислорода от расстояния между ними
- •2.2.2.3 Расчет равновесного расстояния молекулы кислорода
- •Лабораторная работа №3 «Молекулярное строение и электронная структура молекулы фуллерена с60»
- •3.1 Теоретическая часть
- •3.1.1 Молекулярное строение фуллеренов c60
- •3.1.2 Получение фуллеренов
- •3.1.3 Свойства фуллеренов
- •3.1.4 Применение фуллеренов
- •3.1.5 Фуллериты
- •3.1.6 Электронная структура фуллеренов с60
- •3.2 Практическая часть
- •3.2.1 Электронная структура молекулы фуллерена с60
- •Вопросы
- •Лабораторная работа №4 «ик- спектр изолированной молекулы фуллерена с60»
- •4.1 Теоретическая часть
- •4.1.2 Колебательный спектр двухатомной молекулы
- •4.1.3 Колебания многоатомных молекул
- •4.2 Практическая часть
- •4.2.1 Расчет нормальных колебательных мод в Gaussian
- •4.2.2 Расчет структуры и колебательного спектра молекулы воды
- •Вопросы:
- •Лабораторная работа №5 «ик- спектр молекулы фуллерена с60 в растворах»
- •5.1 Теоретическая часть
- •5.1.1 Типы растворов
- •5.1.2 Растворимость фуллеренов
- •5.2 Практическая часть
- •5.2.1 Учет эффектов сольватации при расчетах в Gaussian03
- •Вопросы:
- •Литература
- •Глоссарий терминов.
- •Приложение 1. Панель меню и панель команд редактора GaussView.
- •Приложение 2. Настройки параметров расчетов Gaussian03.
- •Приложение 3. Справочная информация о неорганических молекулах
- •Приложение 4. Справочная информация об органических молекулах
- •Приложение 5. Правила оформления лабораторных работ
Вопросы
Пакет программ Gaussian. Основные возможности пакета.
Структура пакета Gaussian Задачи, решаемые в процессе вычислений.
Способы создания input файла. Входные раcчетные данные.
Возможности редактора GaussView. Основные способы задания конфигурации молекулярных структур.
Связь Gaussian и GaussView.
Типы молекулярных структур.
Форма отчетности:
В электронном виде, в соответствии общим требованиям (см. приложение). Представляются конфигурации модельных молекул O2, H2O, C2H5OH, длины связей между атомами. Графическое представление результатов построения молекул по заданию преподавателя: Задание 1, 2, 3.
При сдаче работы необходимо знать ответы на вопросы лабораторной работы №1.
Лабораторная работа №2 «Численное моделирование электронной структуры молекул с использованием пакета Gaussian03»
Цель работы: знакомство с основными методами расчета электронных структур молекул – методом Хартри-Фока и методом теории функционала плотности, с использованием программного комплекса Gaussian03 на примере молекулы кислорода.
2.1 Теоретическая часть
2.1.1 Основные методы расчета молекулярных структур
Расчет электронных характеристик молекул и конденсированных сред может быть проведен различными методами молекулярной динамики, полуэмпирическими или неэмпирическими методами ab initio.
В методах молекулярной динамики атомы рассматриваются как Ньютоновские частицы, находящиеся в силовом поле. Взаимодействие между частицами описывается потенциальной энергией, зависящей от длин связей, углов между связями, углов кручения и др. В зависимости от приближений, используемых при расчете силового поля и от гармонических функций, описывающих это поле, встречаются различные модификации расчетных программ. В Gaussian03, например, реализованы методы UFF, Dreiding, Amber.
Для расчета электронной структуры неэмпирическими методами используется информация об элементном составе, пространственном положении ядер атомов и числа электронов в системе. В расчетах применяются только фундаментальные константы, все интегралы вычисляются в рамках допущений конкретного метода. Основными неэмпирическими методами являются метод Хартри-Фока и метод теории функционала плотности.
В полуэмпирических методах расчетов электронных структур используются некоторые эмпирические параметры и экспериментальные данные для расчета значений интегралов (перекрывания, кулоновских, обменных и т.д.), вследствие чего время расчетов значительно уменьшается. В Gaussian реализованы следующие полуэмпирические методы: AM1, PM3, PM3MM, MNDO, MINDO/3, INDO, CNDO. Каждый из методов позволяет в результате расчета получить набор тех или иных электронных или спектральных характеристик, значения которых хорошо совпадают с экспериментом. Например, параметризация MINDO/3 позволяет получить геометрические характеристики молекул 2, 3 периодов совпадающие с экспериментальными данными, однако не точно оценивает теплоты образования и энергии возбужденных состояний.
2.1.2 Неэмпирические методы расчета
Фуллерены С60 привлекают внимание не только экспериментаторов, но и теоретиков. Во-первых молекула обладает высокой симметрией усеченного икосаэдра, во-вторых, малое число электронов у атомов углерода позволяет применять методы вычислительной химии из первых принципов с малыми затратами машинного времени, а точность расчетов при этом высока.