量子化学计算文稿

量子化学计算文稿日期：20xx-xx-xx-一、简介二、Gaussian98功能及程序三、计算结果可靠性123一、简介1第1部分二、Gaussian98功能及程序2第2部分三、计算结果可靠性3第3部分三、计算结果可靠性量子化学软件目的在于将量子化学复杂计算过程程序化，从而便于人们的使用、提高计算效率并具有较强的普适性。绝多数量子化学程序是采用Fortran语言编写的(Fortran77或Fortran90)，通常有几千至上万行语句三、计算结果可靠性目前常用的量化软件Gaussian98:由Pople等人编写，经过几十年的发展和完善，现该软件已成为国际上公认的、计算结果具有较高可靠性的量子化学软件，它包含从头算、半经验以及分子力学等多种方法，可适用于不同尺度的有限体系，除了部分稀土和放射性元素外，它可处理周期表中其它元素形成的各种化合物ADF2000：该软件主要集中于采用各种密度泛函方法来研究化合物的电子结构，它尤其适合于研究含有过渡金属的化合物，例如金属团簇分子等Crystal98：该软件由意大利都灵大学理论化学研究所开发，采用从头算方法来研究固体及表面的电子结构三、计算结果可靠性Nnew3：由Hoffmann小组编写的基于EHT方法的量化软件，主要用于处理固体及表面电子结构计算过程计算模型和方法的选取是保证计算结果可靠性的关键，最理想的情况是：1.所选取的计算模型与实际情形一致2.采用高级的计算方法。但是，由于受到计算软硬件的限制，在多数情况下，很难同时做到上述两点要求，实际操作中，当计算模型较大时，只能选择精确度较低的计算方法，只有对较小的模型才能选取高级的计算方法。因此，当确定了一种计算模型和方法后，需对其进行验证，以保证计算结果的可靠性。假使当前的研究对象是化合物A，三、计算结果可靠性可通过下列途径进行验证1.与A化合物现有实验结果之间的比较2.若无实验方面的报道，可对与A类似的化合物B进行研究，此时以B的实验结果作为参照3.当上述方法行不通时，可以采用较大模型和较为高级的计算方法得到的计算结果作为参照，该方法主要用于系列化合物的研究：如对A1,A2,A3，先用大模型和基组对A1进行研究，然后以该结果为参照，确定计算量适中的模型和方法并应用于A2,A3三、计算结果可靠性G98的功能和程序结构1主要功能分子构型的优化基态(Groundstate)激发态(Excitedstate)反应过渡态(Transitionstate)三、计算结果可靠性2能量计算基态和激发态能量化学键的键能电子亲合能和电离能化学反应途径和势能面三、计算结果可靠性3光谱计算IR光谱Raman光谱电子光谱NMR三、计算结果可靠性4其他功能电荷和电荷密度偶极矩和超极矩热力学参数适用体系：气相和溶液三、计算结果可靠性常用模块的功能L0—初始化模块L1—读入输入，根据所给关键词确定将要使用的模块L101,102,…—与构型优化和反应过渡态相关的模块L202—输出距离矩阵、判断化合物点群及确定新的坐标系L301,302…309—与基组和赝势有关模块L310,…319—计算单及双电子积分模块L401,402—SCF初始猜测模块L502,503,508—SCF模块三、计算结果可靠性编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级2024/3/715L601,608—Mulliken布居以及自然键轨道分析模块L701,702…—计算能量一阶和二阶导数模块三、计算结果可靠性说明1.根据不同的任务，某些模块需重复调用多次2.通常耗时较多的模块有：L5,L7,L8,L9,L10,L11等，此外，L8~L11这些模块的执行对内存和硬盘的需求较大3.若L9999未能正常执行完毕，则表明计算过程存在问题，需检查之4.可根据各个模块的功能，对g98程序进行简化，例如如果用户通常只用g98进行能量计算，则可只保留L1~6和L9999模块其它模块可以删除去三、计算结果可靠性(1)L0命令部分该部分内容均以%打头，主要用于指定计算过程所需内存，chk以及rwf文件名，其典型内容是：%mem=100mb(计算所需内存，若无，由Default.Rou指定)%chk=h2o(chk文件的名称为h2o.chk)%rwf=h2o(中间结果文件名称为h2o.rwf)三、计算结果可靠性(2)关键词部分该部分内容由一个或多个关键词组成，用于指定了计算类型和计算输出的控制等三、计算结果可靠性(3)标题部分由一行文本组成，该内容是必需的三、计算结果可靠性(4)电荷及自旋多重度体系所带电荷以及自旋多重度S=2s+1=成单电子数+1例如H2O,S=1；Ti原子的基态S=3三、计算结果可靠性a.直角坐标系方法(适用于全自由度优化情况)格式为：元素符号xyz例如O-0.4640.1770.0H-0.4641.1370.0H0.441-0.1430.0三、计算结果可靠性说明：1)元素符号大小写均可，也可直接用原子序数2)有时为了便于区别，可在元素符号后加一整数，如O-0.4640.1770.0H1-0.4641.1370.0H20.441-0.1430.03)x,y,z数值必须以小数格式输入O-0.4640.1770()O-0.4640.1770.()4)g98的数据输入均为自由格式，即除了用空格来分隔数据外，也可用逗号或混合使用三、计算结果可靠性内坐标与直角坐标之间的区别在于，它侧重于从原子之间的键连角度来描述原子间的相对位置，具体参数包括即两个原子间的距离，注：该两个原子并非要具有化学直观意义上的成键。此外，在默认情况下，键长单位为埃确定了二根键之间的夹角，默认单位为度，范围为-180~180deg之间，但二根键不能共线，即键角不能等于0和±180deg二面角加上键长和键角就确定了四个原子的位置，其默认单位为deg，范围为-360~360deg，可以为±360deg。当二面角等于0，±180和±360deg时四个原子共面b.内坐标(z-matrix)方法三、计算结果可靠性虚原子的使用二根键共线时，为了避免键角为0或180，此时需引入虚原子此外，有时为了保证所描述的构型符合一定的点群，利用虚原子便于做到这一点。虚原子的符号为X三、计算结果可靠性c.直角坐标和内坐标混合输入方法对于该方法，只需在采用直角坐标方法输入的原子的元素符号后加一个整数0即可，例如X01.01.01.0N12.0H11.0290.0H11.0290.03120.0H11.0290.03-120.0三、计算结果可靠性d.分子构型的输入准确性是保证计算结果可靠性的前提，对于复杂体系，在计算前均需对所输构型进行检查，具体包括可视化处理，即采用一些分子构型软件观察所给构型是否合理；在g98运行到L2模块，会给出所输入分子所属点群，此时，可检查点群是否合理三、计算结果可靠性计算结果可靠性1计算模型和方法所选取的计算模型与实际情形一致采用高级别的计算方法当计算模型较大时，只能选择精确度较低的计算方法，只有对较小的模型才能选取高级的计算方法2验证计算结果与所研究化合物现有实验结果之间进行比较对类似化合物进行研究，以类似化合物的实验结果作为参照采用较大模型和较为高级的计算方法得到的计算结果作为参照(主要用于系列化合物的研究)三、计算结果可靠性基组选择基组对体系轨道的数学描述，对应于体系的波函数。将其代入薛定谔方程中，即可解出体系的本征值(能量)。根据体系不同选择不同的基组，构成基组的函数越多，近似和限制越少，对轨道描述越准确，所求的解越准确，计算量也越大三、计算结果可靠性Slater基组原子轨道基组，由体系中各原子中的原子轨道波函数组成有明确的物理意义，是最原始的基组。数学性质不好，计算量也越大三、