METODY VÝPOČETNÍ CHEMIE
|
|
- Radovan Čech
- před 6 lety
- Počet zobrazení:
Transkript
1 METODY VÝPOČETNÍ CHEMIE
2 Metody výpočetní chemie Ab initio metody Semiempirické metody Molekulová mechanika Molekulová simulace
3 Ab initio metody Ab initio - od počátku Metody kvantově-mechanické vycházejí přímo z teoretických principů (Schrödingerova rovnice) bez použití empirických dat Aproximace jsou většinou matematické Použití: Chemické reakce NMR, IR, Ramanova, CD spektra Fotochemické reakce
4 Základní úloha kvantové chemie Nalézt elektronovou vlnovou funkci zkoumané molekuly Ψ a z ní odvodit vlastnosti. Základní pohybová rovnice kvantové mechaniky: Časově závislá Schrödingerova rovnice: Při řešení časově nezávislých prblémů použijeme: Časově nezávislou Schrödingerovu rovnici: pro i-tý elektronový stav
5 Hamiltonián Obsahuje informaci o geometrii a o silách mezi el. a jádry Jedná se o součet kinetické a potenciální energie elektronů vyjádřené pomocí operátorů Coulombův zákon Souřadnice a hybnosti nahradíme operátory
6 Základní aproximace - Báze Aproximace společná všem ab initio metodám je zavedení báze. Báze je soubor funkcí, jejichž lineární kombinací jsou tvořeny molekulové orbitaly a funkce v něm jsou bázové funkce Každou vlnovou funkci lze vyjádřit pomocí souboru jiných vlnových funkcí. Pro přesné vyjádření vlnové funkce molekuly by bylo nutno použít nekonečnou (tzv. úplnou) bázi zavedení tzv. redukované báze, do níž umístíme pouze některé (nejdůležitější) funkce z úplné báze. Minimální báze, která je použitelná pro vyjádření vlnové funkce molekuly, musí obsahovat tolik bázových funkcí, kolik má molekula elektronů.
7 Báze Vlnové funkce vyjádřená pomocí bázových funkcí: ψ i i-tý molekulový spinorbital φ ν c vi ψ i c vi v= 1 ν-tá bázová funkce, která je spinorbitalem určitého elektronu studované molekuly konstanta, příslušející spinorbitalu ψ i a bázové funkci φ ν Založeno na metodě MO-LCAO = K φ v
8 Báze Pro popsání φ ν se nejčastěji využívají dva možné přístupy: STO (Slater type orbitals) GTO (Gaussian type orbitals) Popis pomocí základních kvantových čísel a efektivního náboje. Aproximace STO lineární kombinací GTO. STO: e -x GTO: e -x2 orbital 1s 1 STO nahrazena 3 GTO... STO-3g STO nemá v nule vrchol, ale velmi vysokou hodnotu což neodpovídá reálnému průběhu ψ. GTO klesá k nule rychleji než STO STO orbitaly pro výpočet složité a vedou k analyticky neřešitelnému problému
9 Minimální báze: Počet bázových funkcí = počet elektronů systému STO-nG - Každá bázová funkce je tvořena aproximací tvaru STO orbitalu pomocí n gaussianů methan CH 4 : 4x1s (H), 1s, 2s, 3x 2p (C) celkem 9 funkcí STO 27 funkcí GTO Báze double zeta (DZ): Využívá dvojnásobný počet bázových funkcí než minimální báze. Báze tripple zeta a quadruple zeta (TZ a QZ): Využívají tří a čtyřnásobný počet bázových funkcí ve srovnání s minimální bází.
10 Rozšířené báze: zahrnutí polarizace přidání polarizačních funkcí (přidání funkcí odp. vyšším orbitalům) Př.: atom H Př.: atom C polarizace s orbitalu - přidání p orbitalu přidání d orbitalu 6-31G* 6-31g(d) - přidává sadu d funkcí (např. pro C) 6-31G** 6-31g(d,p) - přidává sadu d funkcí a sadu p funkcí (např. pro H) Pro popis iontů nebo systémů s volným el. párem zavedení difúzní funkce (+)
11 Poplovy báze: 6-31G, 3-21G, 4-31G, 4-22G, 6-21G, 6-311G a 7-41G 6-31G báze Atom C 1s orbital core 1 bázová funkce - 6 GTO 2s, 2p orbitaly (valenční): 2 bázové funkce: 3 GTO +1 GTO 2p 2s 1s Př.: atom uhlíku 1s 1 BF 6 GTO 2s 1 BF (3 GTO) + 1 BF (1 GTO) 2p x 1 BF (3 GTO) + 1 BF (1 GTO) 2p y 1 BF (3 GTO) + 1 BF (1 GTO) 2p z 1 BF (3 GTO) + 1 BF (1 GTO) 9 BF 22 GTO
12 Další aproximace Born-Oppenheimerova aproximace Elektrony jsou řádově lehčí než jádra Elektrony při jakémkoliv pohybu jader snadno přizpůsobí svou trajektorii. Jádra jsou vzhledem k pohybu elektronů nehybná Hamiltonův operátor vlnová funkce energie systému H=T e +T n +V ee +V en +V nn T e a T n jsou operátory kinetické energie elektronů a jader H=T e +V ee +V en +V nn V ee, V en a V nn jsou operátory potenciální energie, zahrnující pouze elektrostatické interakce typu elektron-elektron, elektron-jádro a jádro-jádro
13 elektron v poli ostatních Model nezávislých částic Self-consistent field (SCF) Nezabývá se časově závislými jevy Pracuje jen se spin-orbitálními interakcemi (interakce elektronů) => v rámci B-O aproximace navíc zanedbává člen V nn (uspořádání jader je konstantní): H=T e +V ee +V en Navíc nezahrnuje všechny interakce elektron-elektron, ale pracuje s každým elektronem jako s částicí, umístěnou v silovém poli ostatních elektronů. interakce mezi všemi elektrony V ee ef
14 Hartreeho Fockova metoda (HF) Nejjednodušší přístup k neempirickému řešení SR Zanedbání Columbické elektron-elektron repulze ve výpočtu (nezahrnuje elektronovou korelaci) Použití tzv. jednoelektronových funkcí (STO, GTO) Variační metoda - získané aproximativní energie jsou vyšší nebo rovny energii exaktní (zkoušíme různé vlnové funkce a ta která bude nejnižší bude nejblíže pravdě) Metoda je založena na myšlence, že čím přesněji jsou určeny ψ i, tím menší je energie interakcí. (MO je místem, kde se má elektron nejmenší energii.)
15 Hartreeho Fockova metoda (HF) Molekula v mezihvězdném prostoru (gas phase) HF nedává exaktní řešení Schrödingerovy rovnice. Nejlepší vlnová funkce dosažitelná HF metodami - HF limita. 2 elektrony v 1 orbitalu se nepohybují nezávisle - elektronová korelace. Rozdíl mezi HF limitní energií a exaktním řešením Schröd. rovnice - korelační energie.
16 Hartreeho Fockova metoda (HF) Vlnovou funkci hledáme jak součin vlnových funkcí jednotlivých elektronů, které nazýváme molekukové orbitaly. Slaterův determinant pro tříelektronový systém Při řešení HF rovnic hledáme tvar molekulových orbitalů, abychom minimalizovali energii vypočtenou ze SR
17 Korelační energie rozdíl přesné energie a HF limity E corr = E exact - E HF Výpočet korelační energie: Møller-Plesset perturbační teorie 2.řádu = MP2 Teorie funkcionálu hustoty = Density Functional Theory (DFT)
18 Metody funkcionálu hustoty Density functional methods (DFT) Energie je vyjádřena jako funkcionál hustoty elektronového pole elektronová hustota v okolí molekuly DFT zahrnují podstatnou část korelační energie vlnová funkce je konstruována jiným způsobem (jiný druh orbitalů) není to HF metoda!
19 Semiempirické metody Jsou založeny na stejných teoretických principech jako ab initio metody Některé vlivy, se kterými ab initio metody počítají, jsou zanedbány. Semiempirické metody využívají minimální bázi, která navíc nezahrnuje nevalenční elektrony => Je nutno korigovat chyby, vzniklé zanedbáním některých podstatných faktorů. Proto jsou teoreticky vypočítané parametry (využívané v ab initio metodách) nahrazeny parametry, vypočítanými z experimentálních dat.
20 Semiempirické metody zanedbání některých překryvových integrálů nahrazení některých integrálů funkcemi s empirickými parametry CNDO = Complete Neglect of Differential Overlap INDO = Intermediate Neglect of Differential Overlap NDDO = Neglect of Diatomic Differential Overlap zanedbání překryvových integrálů MINDO/3 = Modified INDO MNDO = Modified NDO AM1 = Austin Model 1 fitování empirických parametrů PM3 = Parametric Model 3
21 Semiempirické metody - možnosti HF vlnové funkce molekulové orbitaly, energetické hladiny, náboje minima, tranzitní stavy, reakční koordináty silové konstanty, vibrační frekvence termodynamické vlastnosti řády vazeb, analýza σ a π orbitalů polarizabilita efekty solvatace
22 Semiempirické metody - omezení zanedbání nebo parametrizace překryvových integrálů vnitřní orbitaly jsou zanedbány může vést k chybám elektronová korelace je zahrnuta v parametrizaci výpočetně méně náročné než ab-initio výpočetně náročnější než empirické metody
23 Software Ab-initio: program GAUSSIAN (J. Pople) program GAMESS program Spartan Semiempirické metody: MOPAC = Molecular Orbital Package program Spartan
24 Procedury jednoduchý výpočet energie (single point), vlnové funkce na fixované geometrii optimalizace geometrie výpočet energie, vlnové funkce změna geometrie směrem k nižší energii předpověď frekvencí IČ a Raman, ověření geometrie získané optimalizací
25 Singl point vs. optimalizace Dvě základní procedury: Singl point nejjednodušší typ výpočtu, kdy na fixované pozici jader spočteme energii systému (nedochází během výpočtu ke změně geometrie) Optimalizace během výpočtu se mění geometrie molekuly ve směru nejbližšího minima na povrchu potenciální energie. Během výpočtu se provádí několik singl point výpočtů s různými pozicemi jader odvozených na základě výpočtu gradientu. Výsledkem je geometrie s nejnižší energií.
26 Optimalizace energie NE ANO Výpočet energie - analog single point Výpočet sil (1. derivace energie na každém atomu) - tzv. gradient Změna struktury (proti energet. gradientu) Výpočet energie Jsou splněna konvergenční kritéria? Minimum energie nalezeno Zápis nové struktury
27 Sken povrchu potenciální energie Sledujeme jak se mění potenciální energie systému v závislosti na měnící se proměnné (vazebné délka, úhel ) Nerelaxovaný po změně proměnné dojde k výpočtu singl point energie 70. udává počáteční hodnotu úhlu, 11 počet kroků a 10. velikost kroku.
28 Sken povrchu potenciální energie Relaxovaný dojde k fixaci proměnné a zbytek systému se optimalizuje. Až poté dojde k výpočtu singl point energie Úhel A S , kde jsou atomy, které úhel svírají, S indikuje sken s jedenácti kroky, každý po 10.
29 Příklad 1 Nakreslete molekuly 1,2-dichlorethanu s různými dihedrálními úhly Cl-C-C-Cl a spočtěte vždy singl point HF/ 3-21G použitím GaussView a Gaussianu. Získané SCF energie zapište do tabulky a vyneste do grafu. Pro úhly: -180, -135, -90, -45, 0, 45, 90, 135, 180
30 Postup Nakreslíme 1,2-dichlorethan Vybereme editaci dihedrálního úhlu levým tlačítkem myši postupně označíme atomy Cl-C-C-Cl. V nově otevřeném okně musí být pro Atom 1 a Atom 4 zvoleno Rotate groups, aby se spolu s chlóry otáčely i vodíky. Změníme hodnotu dihedrálního úhlu. V GausView vybereme Calculate Gaussian calculation setup upravíme nastavení výpočtu (Energy, Method HF/3-21G) Submit Uložíme výstup OK
31 Výsledky V sekci Summary Total Energy (Hartree) SCF Done: E(RHF) = A.U. after 10 cycles
32 Příklad 2 Nakreslete molekulu vody v symetrii C 2v s délkou O-H vazby 0.8, 0.9, 0.95,1.0 Å a úhlem H-O-H 100, 102, 105, 110. (a) Spočtěte singl point metodou MP2/6-31G(d) (b) Proveďte optimalizaci toutéž metodou a porovnejte energie a geometrické parametry (délky vazeb, úhly) mezi počáteční a optimalizovanou strukturou.
Teoretická chemie 1. cvičení
Teoretická chemie 1. cvičení Teoretická část Základní úlohou kvantové chemie je nalézt elektronovou vlnovou funkci zkoumané molekuly Ψ a z ní poté odvodit všechny zajímavé vlastnosti této molekuly, např.
VíceAb initio výpočty v chemii a biochemii
Ab initio výpočty v chemii a biochemii Doc. RNDr. Ing. Jaroslav Burda, CSc., jaroslav.burda@mff.cuni.cz Dr. Vladimír Sychrovský vladimir.sychrovsky@uochb.cas.cz Studijní literatura Szabo A., Ostlund N.S.
VíceOd kvantové mechaniky k chemii
Od kvantové mechaniky k chemii Jan Řezáč UOCHB AV ČR 19. září 2017 Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Od kvantové mechaniky k chemii 19. září 2017 1 / 33 Úvod Vztah mezi molekulovou strukturou a makroskopickými vlastnostmi
VícePřehled Ab Initio a semiempirických metod
Přehled Ab Initio a semiempirických metod Pokud se vám bude zdát, že je v tom nějaký blud, tak tam asi je. Budu rád, když mě na něj upozorníte. Ab initio metody - od počátku, z prvotních principů, tzn.
VíceAtomové a molekulové orbitaly Ion molekuly vodíku. Molekula vodíku Heitler-Londonovou metodou. Metoda LCAO. Báze atomových orbitalů.
Atomové a molekulové orbitaly Ion molekuly vodíku. Molekula vodíku Heitler-Londonovou metodou. Metoda LCAO. Báze atomových orbitalů. Ion molekuly vodíku H + 2 První použití metody je demonstrováno při
Více16 Semiempirické přístupy
16 Semiempirické přístupy V této kapitole se podíváme na skupinu semiempirických metod. Ačkoli semiempirické metody také vycházejí z řešení elektronové Schrödingerovy rovnice, jejich rovnice obsahují dodatečné
VíceStudium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie
Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie 2. kolo Petr Kulhánek, Zora Střelcová kulhanek@chemi.muni.cz CEITEC - Středoevropský technologický institut Masarykova univerzita, Kamenice 5, 625 00
VíceComputing structural chemistry and biology
Computing structural chemistry and biology Chemistry and biology with computers http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1998/illpres/index.html Why computing chemistry Snížené náklady na laboratorní experimenty
VíceVÝPOČETNÍ CHEMIE V ANALÝZE STRUKTURY
VÝPOČETNÍ CHEMIE V ANALÝZE STRUKTURY A VLASTNOSTÍ MOLEKUL Michal Čajan Katedra anorganické chemie PřF UP v Olomouci MOLEKULOVÉ MODELOVÁNÍ V CHEMII MOLEKULOVÉ MODELOVÁNÍ aplikace zobrazení a analýza strukturních
VíceOperátory a maticové elementy
Operátory a matice Operátory a maticové elementy operátory je výhodné reprezentovat maticemi maticové elementy operátorů jsou dány vztahy mezi Slaterovými determinanty obsahujícími ortonormální orbitaly
Více17 Vlastnosti molekul
17 Vlastnosti molekul Experimentálně molekuly charakterizujeme pomocí nejrůznějších vlastností: můžeme změřit třeba NMR posuny, elektrické či magnetické parametry či třeba jejich optickou otáčivost. Tyto
VíceModelové výpočty na H 2 a HeH +
Modelové výpočty na H 2 a HeH + Minimální báze Všechny teoretické poznatky je užitečné ilustrovat modelovým výpočtem. Budeme aplikovat Hartree-Fockovy výpočty na uzavřených slupkách systémů H 2 a HeH +.
VíceMul$determinantální metody: CASSCF
Mul$determinantální metody: CASSCF Mul%konfiguračni (mnohadeterninantálni MC SCF) metody použivají narozdíl od metody Hartreeho- Focka pro popis N- elektronového systému větší počet Slaterových determinantů.
VíceNekovalentní interakce
Nekovalentní interakce Jan Řezáč UOCHB AV ČR 3. listopadu 2016 Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 1 / 28 Osnova 1 Teorie 2 Typy nekovalentních interakcí 3 Projevy v chemii
VíceAtom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =
Atom vodíku Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně Kulová symetrie Potenciální energie mezi p + e V 2 e = 4πε r 0 1 Polární souřadnice využití kulové symetrie atomu Ψ(x,y,z) Ψ(r,θ, φ) x =? y=?
VíceNekovalentní interakce
Nekovalentní interakce Jan Řezáč UOCHB AV ČR 31. října 2017 Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 31. října 2017 1 / 28 Osnova 1 Teorie 2 Typy nekovalentních interakcí 3 Projevy v chemii 4 Výpočty
VíceFyzika atomového jádra
Fyzika atomového jádra (NJSF064) František Knapp http://www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~knapp/jf/ frantisek.knapp@mff.cuni.cz Slupkový model jádra evidence magických čísel: hmoty, separační energie, vazbové
VíceOptické spektroskopie 1 LS 2014/15
Optické spektroskopie 1 LS 2014/15 Martin Kubala 585634179 mkubala@prfnw.upol.cz 1.Úvod Velikosti objektů v přírodě Dítě ~ 1 m (10 0 m) Prst ~ 2 cm (10-2 m) Vlas ~ 0.1 mm (10-4 m) Buňka ~ 20 m (10-5 m)
VíceTeorie chemické vazby a molekulární geometrie Molekulární geometrie VSEPR
Geometrie molekul Lewisovy vzorce poskytují informaci o tom které atomy jsou spojeny vazbou a o jakou vazbu se jedná (topologie molekuly). Geometrické uspořádání molekuly je charakterizováno: Délkou vazeb
VíceElektronový obal atomu
Elektronový obal atomu Vlnění o frekvenci v se může chovat jako proud částic (kvant - fotonů) o energii E = h.v Částice pohybující se s hybností p se může chovat jako vlna o vlnové délce λ = h/p Kde h
Více13 Elektronová struktura molekul
13 Elektronová struktura molekul Ústředním úkolem kvantové chemie po zavedení Bornovy-Oppenheimerovy aproximace je výpočet elektronové energie molekul Ĥ e ψ e ( r, R) = E e ( R)ψ e ( r, R), (13.1) kde
VícePočítačová chemie. výpočetně náročné simulace chemických a biomolekulárních systémů. Zora Střelcová
Počítačová chemie výpočetně náročné simulace chemických a biomolekulárních systémů Zora Střelcová Národní centrum pro výzkum biomolekul, Masarykova univerzita, Kotlářská 2, 611 37 Brno, Česká Republika
VíceMezimolekulové interakce
Mezimolekulové interakce, od teorie po interakce biomolekul s grafenem Pavel Banáš Mezimolekulové interakce slabé mezimolekulové interakce fyzikální původ mezimolekulárních interakcí poruchová teorie mezimolekulárních
VíceMolekulové modelování struktura a vlastnosti katalyzátorů na bázi karbenů
Molekulové modelování struktura a vlastnosti katalyzátorů na bázi karbenů Eva Kulovaná Vedoucí práce: RNDr. Lukáš Richtera, Ph.D. Konzultant práce: Mgr. Soňa Hermanová, Ph.D. Vysoké učení technické v Brně,
Vícejako modelové látky pro studium elektronických vlivů při katalytických hydrogenacích
Pt(0) komplexy jako modelové látky pro studium elektronických vlivů při katalytických hydrogenacích David Karhánek Školitelé: Ing. Petr Kačer, PhD.; Ing. Marek Kuzma Katalytické hydrogenace eterogenní
VíceMolekuly 1 12/4/2011. Molekula definice IUPAC. Molekuly. Proč existují molekuly? Kosselův model. Představy o molekulách
1/4/011 Molekuly 1 Molekula definice IUPC elektricky neutrální entita sestávající z více nežli jednoho atomu. Přesně, molekula, v níž je počet atomů větší nežli jedna, musí odpovídat snížení na ploše potenciální
VíceATOM VODÍKU MODEL : STOJÍCÍ BODOVÉ JÁDRO A ELEKTRON VZÁJEMNĚ ELEKTROSTATICKY INTERAGUJÍCÍ SCHRÖDINGEROVA ROVNICE PRO PŘÍPAD POTENCIÁLNÍ ENERGIE.
ATOMY + MOLEKULY ATOM VODÍKU MODEL : STOJÍCÍ BODOVÉ JÁDRO A ELEKTRON VZÁJEMNĚ ELEKTROSTATICKY INTERAGUJÍCÍ SCHRÖDINGEROVA ROVNICE H ˆψ = Eψ PRO PŘÍPAD POTENCIÁLNÍ ENERGIE Vˆ = Ze 2 4πε o r ŘEŠENÍ HLEDÁME
VíceDiskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.
S použitím modelu volného elektronu (=částice v krabici) spočtěte vlnovou délku a vlnočet nejdlouhovlnějšího elektronového přechodu u molekuly dekapentaenu a oktatetraenu. Diskutujte polohu absorpčního
Vícejádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony
atom jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony molekula Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti seskupení alespoň dvou atomů
VíceTeoretická chemie 2. cvičení
Teoretická chemie 2 cvičení Teoretická část Bornova-Oppenheimerova aproximace Atomová jádra jsou více než 1800 krát těžší než elektrony (m p ~ 1836 m e ) Můžeme tedy předpokládat že se elektrony každému
VíceHartreeho-Fockova metoda (HF)
Stacionární Schrödingerova rovnice H Ψ = EΨ Metoda konfigurační interakce Metoda vázaných klastrů Poruchová teorie Zahrnutí el. korelace Bornova-Oppenheimerova aproximace Model nezávislých elektronů Vlnová
VíceBorn-Oppenheimerova aproximace
Born-Oppenheimerova aproximace Oddělení elektronického a jaderného pohybu Jádra 2000 x těžší než elektrony elektrony kvantová chemie, popis systému (do 100 atomů) na základě vlastností elektronů (jádra
VíceElektronový obal atomu
Elektronový obal atomu Ondřej Havlíček.ročník F-Vt/SŠ Jsoucno je vždy něco, co jsme si sami zkonstruovali ve své mysli. Podstata takovýchto konstrukcí nespočívá v tom, že by byly odvozeny ze smyslových
VíceFyzika IV. Pojem prvku. alchymie. Paracelsus (16.st) Elektronová struktura atomů
Elektronová struktura atomů Pojem prvku alchymie Paracelsus (16.st) Elektronová struktura atomů alchymie 17.-18.století - při hoření látky ztrácí těkavou součást - flogiston. látka = flogiston + popel
Vícepřičemž předpokládáme A malé, U zahrnuje coulombické členy. Když roznásobíme závorku, p 2 reprezentuje kinetickou energii nabitých částic, člen
Výběrová pravidla Absorpce/stim. emise Kde se výběrová pravidla vezmou? Použijeme semiklasické přiblížení, tzn. s nabitými částicemi (s indexy 1...N) zacházíme kvantově, s vnějším elektromagnetickým polem
VíceJohn Dalton Amadeo Avogadro
Spojením atomů vznikají molekuly... John Dalton 1766 1844 Amadeo Avogadro 1776 1856 Výpočet molekuly 2, metoda valenční vazby Walter eitler 1904 1981 Fritz W. London 1900 1954 Teorie molekulových orbitalů
VíceOddělení pohybu elektronů a jader
Oddělení pohybu elektronů a ader Adiabatická aproximace Born-Oppenheimerova aproximace Důležité vztahy sou 4, 5, 7, 0,,, udělal sem to zbytečně podrobně, e to samostatný okruh Separace translačního pohybu:
VíceStudium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie
Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie 2. kolo Petr Kulhánek, Zora Střelcová kulhanek@chemi.muni.cz CEITEC - Středoevropský technologický institut Masarykova univerzita, Kamenice 5, 625 00
Více1. Kvantové jámy. Tabulka 1: Efektivní hmotnosti nosičů v krystalech GaAs, AlAs, v jednotkách hmotnosti volného elektronu m o.
. Kvantové jámy Pokročilé metody růstu krystalů po jednotlivých vrstvách (jako MBE) dovolují vytvořit si v krystalu libovolný potenciál. Jeden z hojně používaných materiálů je: GaAs, AlAs a jejich ternární
Více2. Elektrotechnické materiály
. Elektrotechnické materiály Předpokladem vhodného využití elektrotechnických materiálů v konstrukci elektrotechnických součástek a zařízení je znalost jejich vlastností. Elektrické vlastnosti materiálů
VíceHamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:
Orbitální a spinový magnetický moment a jejich interakce s vnějším polem Vše na příkladu atomu H: Elektron (e - ) a jádro (u atomu H pouze p + ) mají vlastní magnetický moment (= spin). Tyto dva dipóly
VíceTeorie Molekulových Orbitalů (MO)
Teorie Molekulových Orbitalů (MO) Kombinace atomových orbitalů na všech atomech v molekule Vhodná symetrie Vhodná (podobná) energie Z n AO vytvoříme n MO Pro začátek dvouatomové molekuly: H 2, F 2, CO,...
VíceVÍTEJTE V MIKROSVĚTĚ
VÍTEJTE V MIKROSVĚTĚ Klasická vs. Moderní fyzika Klasická fyzika fyzika obyčejných věcí viditelných pouhým okem Moderní fyzika Relativita zabývá se tím co se pohybuje rychle nebo v silovém gravitačním
VíceMolekuly. Všeobecně známý fakt: atomy se slučujou do molekul, pokud to zrovna nejsou atomy inertních plynů v posledním sloupci periodické tabulky
Molekuly Všeobecně známý fakt: atomy se slučujou do molekul, pokud to zrovna nejsou atomy inertních plynů v posledním sloupci periodické tabulky Nejjednodušší případ: molekulární iont H +, tj. dva protony
VíceKvantová mechanika - model téměř volných elektronů. model těsné vazby
Kvantová mechanika - model téměř volných elektronů model těsné vazby Částice (elektron) v periodickém potenciálu- Blochův teorém Dále už nebudeme považovat elektron za zcela volný (Sommerfeld), ale připustíme
VíceTeoretická chemie 3. cvičení
Teoretická chemie 3. cvičení Teoretická část K popisu částic nepoužívá kvantová mechanika klasické veličiny fázového prostoru (tj. polohu a hybnost), ale pracuje s tzv. vlnovou funkcí, která může být podle
VíceVazby v pevných látkách
Vazby v pevných látkách Proč to drží pohromadě? Iontová vazba Kovalentní vazba Kovová vazba Van der Waalsova interakce Vodíková interakce Na chemické vazbě se podílí tzv. valenční elektrony, t.j. elektrony,
VíceFyzika IV. -ezv -e(z-zv) kov: valenční elektrony vodivostní elektrony. Elektronová struktura pevných látek model volných elektronů
Elektronová struktura pevných látek model volných elektronů 1897: J.J. Thomson - elektron jako částice 1900: P. Drude: kinetická teorie plynů - kov jako plyn elektronů Drudeho model elektrony se mezi srážkami
VíceChemická vazba. John Dalton Amadeo Avogadro
Chemická vazba John Dalton 1766-1844 Amadeo Avogadro 1776-1856 Výpočet molekuly 2, metoda valenční vazby Walter eitler 1904-1981 Fritz W. London 1900-1954 Teorie molekulových orbitalů Friedrich und 1896-1997
VíceMezimolekulové interakce
Mezimolekulové interakce Interakce molekul reaktivně vzniká či zaniká kovalentní vazba překryv elektronových oblaků, mění se vlastnosti nereaktivně vznikají molekulové komplexy slabá, nekovalentní, nechemická,
VíceStruktura elektronového obalu
Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009 Struktura elektronového obalu Představy o modelu atomu se vyvíjely tak, jak se zdokonalovaly možnosti vědy
VíceFyzika atomového jádra (FAJ) Petr Veselý Ústav Jaderné fyziky, Česká Akademie Věd www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~vesely/faj/faj.pdf
Fyzika atomového jádra (FAJ) Petr Veselý Ústav Jaderné fyziky, Česká Akademie Věd www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~vesely/faj/faj.pdf Letní semestr 2017 Motivace Studium jaderné struktury: - široká škála systémů
VíceMolekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS
Molekulová spektroskopie 1 Chemická vazba, UV/VIS 1 Chemická vazba Silová interakce mezi dvěma atomy. Chemické vazby jsou soudržné síly působící mezi jednotlivými atomy nebo ionty v molekulách. Chemická
VíceVazby v pevných látkách
Vazby v pevných látkách Hlavní body 1. Tvorba pevných látek 2. Van der Waalsova vazba elektrostatická interakce indukovaných dipólů 3. Iontová vazba elektrostatická interakce iontů 4. Kovalentní vazba
Více6.2.8 Vlnová funkce. ψ nemá (zatím?) žádný fyzikální smysl, fyzikální smysl má funkce. Předpoklady: 060207
6..8 Vlnová funkce ředpoklady: 06007 edagogická poznámka: Tato hodina není příliš středoškolská. Zařadil jsem ji kvůli tomu, aby žáci měli alespoň přibližnou představu o tom, jak se v kvantové fyzice pracuje.
Víceem do konce semestru. Obsah Vetknutý nosník, str. 8 Problém č.8: Průhyb nosníku - Ritzova metoda
Zápočtové problémy Na následujících stránkách naleznete druhou sérii zápočtových problémů věnovanou nosníkům. Ti, co ještě nemají žádný problém přidělený, si mohou vybrat libovolný z nich. Řešení můžete
VíceTeorie hybridizace. Vysvětluje vznik energeticky rovnocenných kovalentních vazeb a umožňuje předpovědět prostorový tvar molekul.
Chemická vazba co je chemická vazba charakteristiky chemické vazby jak vzniká vazba znázornění chemické vazby kovalentní a koordinační vazba vazba σ a π jednoduchá, dvojná a trojná vazba polarita vazby
VíceÚVOD DO TERMODYNAMIKY
ÚVOD DO TERMODYNAMIKY Termodynamika: Nauka o obecných zákonitostech, kterými se se řídí transformace CELKOVÉ energie makroskopických systémů v její různé formy. Je založena na výsledcích experimentílních
VíceInovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/
Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/07.0354 Předmět: LRR/CHPB1/Chemie pro biology 1 Elektronový obal Mgr. Karel Doležal Dr. Cíl přednášky: seznámit posluchače se stavbou
VíceInovace studia molekulární a buněčné biologie
Investice do rozvoje vzdělávání Inovace studia molekulární a buněčné biologie Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Investice do rozvoje vzdělávání
VíceKmity a rotace molekul
Kmity a rotace moleul Svět moleul je neustále v pohybu l eletrony se pohybují oolo jader l jádra mitají olem rovnovážných poloh l moleuly rotují a přesouvají se Ion H + podrobněji Kmity vibrace moleul
VícePříklad 1: Komutační relace [d/dx, x] Příklad 2: Operátor B = i d/dx
1 Příklad 1: Komutační relace [d/, x] Mějme na dva operátory: ˆ d/ a ˆ 5 D X x, například na prvek x působí takto Určeme jejich komutátor ˆ 5 d 5 4 ˆ 5 5 6 D x x 5 x, X x xx x ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ d d [ DX, ] f
VíceKovy - model volných elektronů
Kovy - model volných elektronů Kovová vazba 1. Preferuje ji většina prvků vyskytujících se v přírodě. Kov je tvořen kladně nabitými ionty (s konfigurací vzácného plynu) a relativně velmi volnými elektrony.
VíceOrbitaly, VSEPR 1 / 18
rbitaly, VSEPR Rezonanční struktury, atomové a molekulové orbitaly, hybridizace, určování tvaru molekuly pomocí teorie VSEPR, úvod do symetrie molekul, dipólový moment 1 / 18 Formální náboj Rozdíl mezi
VíceUniverzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta
Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta Diplomová práce Ladislav Benda Výpočetní studium struktury a vlastností klastrů ethanolu Katedra fyziky nízkých teplot Vedoucí diplomové práce:
Více10 Více-elektronové atomy
1 Více-elektronové atomy Atom vodíku je asi nejsložitější soustava, kterou jsme schopni analyticky přesně vyřešit. Tato situace je pro chemika pochopitelně málo uspokojivá. Pomocí kvantové teorie bychom
VíceŘešit atom vodíku znamená nalézt řešení Schrödingerovy rovnice s příslušným hamiltoniánem. 1 4πǫ 0. 2m e
8 Atom vodíku Správné řešení atomu vodíku je jedním z velkých vítězství kvantové mechaniky. Podle klasické fyziky náboj, který se pohybuje se zrychlením (elektron obíhající vodíkové jádro proton), by měl
VíceOrbitaly, VSEPR. Zdeněk Moravec, 16. listopadu / 21
rbitaly, VSEPR Rezonanční struktury, atomové a molekulové orbitaly, hybridizace, určování tvaru molekuly pomocí teorie VSEPR, úvod do symetrie molekul, dipólový moment Zdeněk Moravec, http://z-moravec.net
VíceVybrané podivnosti kvantové mechaniky
Vybrané podivnosti kvantové mechaniky Pole působnosti kvantové mechaniky Středem zájmu KM jsou mikroskopické objekty Typické rozměry 10 10 až 10 16 m Typické energie 10 22 až 10 12 J Studované objekty:
VíceJádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony
Otázka: Atom a molekula Předmět: Chemie Přidal(a): Dituse Atom = základní stavební částice všech látek Skládá se ze 2 částí: o Kladně nabité jádro o Záporně nabitý elektronový obal Jádro se skládá z kladně
VíceKAM SE UBIRA POČÍTAČOVÁ CHEMIE - ZAOSTŘENO NA MODELOVÁNÍ VĚTŠÍCH MOLEKUL
Chem. Listy 92, 101-113 (1998) KAM SE UBIRA POČÍTAČOVÁ CHEMIE - ZAOSTŘENO NA MODELOVÁNÍ VĚTŠÍCH MOLEKUL JAROSLAV KOCA Katedra organické chemie a Laboratoř struktury a dynamiky biomolekul, Přírodovědecká
VícePraktikum III - Optika
Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK Praktikum III - Optika Úloha č. 13 Název: Vlastnosti rentgenového záření Pracoval: Matyáš Řehák stud.sk.: 13 dne: 3. 4. 2008 Odevzdal
VíceDnešní látka: Literatura: Kapitoly 3 a 4 ze skript Karel Rektorys: Matematika 43, ČVUT, Praha, Text přednášky na webové stránce přednášejícího.
Předmět: MA4 Dnešní látka: Od okrajových úloh v 1D k o. ú. ve 2D Laplaceův diferenciální operátor Variačně formulované okrajové úlohy pro parciální diferenciální rovnice a metody jejich přibližného řešení
VíceMechanika s Inventorem
Mechanika s Inventorem 2. Základní pojmy CAD data FEM výpočty Petr SCHILLING, autor přednášky Ing. Kateřina VLČKOVÁ, obsahová korekce Optimalizace Tomáš MATOVIČ, publikace 1 Obsah přednášky: Lagrangeův
Více1. 5 I N T E R A K C E A T O MŮ
1. Atomová fyzika 99 1. 5 I N T E R A K C E A T O MŮ V této kapitole se dozvíte: jakými způsoby mezi sebou atomy interagují; za jakých podmínek vzniká mezi atomy chemická vazba; které základní metody kvantové
VíceNeideální plyny. Z e dr dr dr. Integrace přes hybnosti. Neideální chování
eideální plyny b H Q(, V, T )... e dp 3... dpdr... dr! h Integrace přes hybnosti QVT (,, ) pmkt! h 3 / e dr dr dr /... U kt... eideální chování p kt r B ( T) r B ( T) r 3 3 Vyšší koeficinety velice složité
VícePřednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno
Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno 1 Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno Struktura
VíceĤΨ=EΨ. aproximace pro vlnovou funkci Ψ atomové orbitaly molekulové orbitaly mnoho-elektronové molekuly
Chemická struktura Hartreeho-Fockova metoda základní metoda kvantové chemie, řešení Schrödingerovy rovnice Atomové a molekulové orbitaly, báze AO Hückelova metoda ĤΨ=EΨ aproximace pro Hamiltonián Ĥ repulze
Více1. Teoretická mechanika
1. Teoretická mechanika 16 Teoretická mechanika 1.1 Integrální principy mechaniky V teoretické mechanice se hojně používá Einsteinova sumační konvence, diferenciálu a Lagrangeova věta o přírůstku. Pokud
VíceEmise vyvolaná působením fotonů nebo částic
Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic PES (fotoelektronová spektroskopie) XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie), ESCA (elektronová spektroskopie pro chemickou analýzu) UPS (ultrafialová
VíceOpakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu
11. Polovodiče Polovodiče jsou krystalické nebo amorfní látky, jejichž elektrická vodivost leží mezi elektrickou vodivostí kovů a izolantů a závisí na teplotě nebo dopadajícím optickém záření. Elektrické
Víceelektrony v pevné látce verze 1. prosince 2016
F6122 Základy fyziky pevných látek seminář elektrony v pevné látce verze 1. prosince 2016 1 Drudeho model volných elektronů 1 1.1 Mathiessenovo pravidlo............................................... 1
VíceTomáš Zelený Petr Sklenovský Michal Otyepka
Úlohy do cvičení z výpočetní chemie Tomáš Zelený Petr Sklenovský Michal Otyepka 2008 2 Poděkování Tato sbírka úloh vznikla za podpory grantu Fondu rozvoje vysokých škol FRVŠ 2261. Tento text byl vysázen
VíceAtomové jádro Elektronový obal elektron (e) záporně proton (p) kladně neutron (n) elektroneutrální
STAVBA ATOMU Výukový materiál pro základní školy (prezentace). Zpracováno v rámci projektu Snížení rizik ohrožení zdraví člověka a životního prostředí podporou výuky chemie na ZŠ. Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.16/02.0018
VíceMartin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017
Martin NESLÁDEK Faculty of mechanical engineering, CTU in Prague 14. listopadu 2017 1 / 22 Poznámky k úlohám řešeným MKP Na přesnost simulace pomocí MKP a prostorové rozlišení výsledků má vliv především:
VícePružnost a plasticita II CD03
Pružnost a plasticita II CD3 uděk Brdečko VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav stavební mechanik tel: 5447368 email: brdecko.l @ fce.vutbr.cz http://www.fce.vutbr.cz/stm/brdecko.l/html/distcz.htm Obsah
VíceFyzika IV. g( ) Vibrace jader atomů v krystalové mříži
Vibrace jader atomů v krystalové mříži v krystalu máme N základních buněk, v každé buňce s atomů, které kmitají kolem rovnovážných poloh výchylky kmitů jsou malé (Taylorův rozvoj): harmonická aproximace
VíceFyzika IV Dynamika jader v molekulách
Dynamika jader v molekulách vibrace rotace Dynamika jader v molekulách rotační energetické hladiny (dvouatomová molekula) moment setrvačnosti kolem osy procházející těžištěm osa těžiště m2 m1 r2 r1 R moment
VíceDnešní látka Variačně formulované okrajové úlohy zúplnění prostoru funkcí. Lineární zobrazení.
Předmět: MA4 Dnešní látka Variačně formulované okrajové úlohy zúplnění prostoru funkcí. Lineární zobrazení. Literatura: Kapitola 2 a)-c) a kapitola 4 a)-c) ze skript Karel Rektorys: Matematika 43, ČVUT,
VíceVybrané kapitoly z matematiky
Vybrané kapitoly z matematiky VŠB-TU Ostrava 2017-2018 Vybrané kapitoly z matematiky 2017-2018 1 / 19 Základní informace předmět: 714-0513, 5 kreditů přednáší: Radek Kučera kontakt: radek.kucera@vsb.cz,
VíceVibrace atomů v mřížce, tepelná kapacita pevných látek
Vibrace atomů v mřížce, tepelná kapacita pevných látek Atomy vázané v mřížce nejsou v klidu. Míru jejich pohybu vyjadřuje podobně jako u plynů a kapalin teplota. - Elastické vlny v kontinuu neatomární
VíceSPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,
SEKTRÁLNÍ METODY Ing. David MILDE, h.d. Katedra analytické chemie Tel.: 585634443; E-mail: david.milde@upol.cz (c) -2008 oužitá a doporučená literatura Němcová I., Čermáková L., Rychlovský.: Spektrometrické
VíceČeské vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská. Příloha formuláře C OKRUHY
Příloha formuláře C OKRUHY ke státním závěrečným zkouškám BAKALÁŘSKÉ STUDIUM Obor: Studijní program: Aplikace přírodních věd Základy fyziky kondenzovaných látek 1. Vazebné síly v kondenzovaných látkách
VíceLaserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.
Laserová technika 1 Aktivní prostředí Šíření rezonančního záření dvouhladinovým prostředím Jan Šulc Katedra fyzikální elektroniky České vysoké učení technické jan.sulc@fjfi.cvut.cz 22. prosince 2016 Program
VíceJEDNOVÝBĚROVÉ TESTY. Komentované řešení pomocí programu Statistica
JEDNOVÝBĚROVÉ TESTY Komentované řešení pomocí programu Statistica Vstupní data Data umístěná v excelovském souboru překopírujeme do tabulky ve Statistice a pojmenujeme proměnné, viz prezentace k tématu
VíceEnergie, její formy a měření
Energie, její formy a měření aneb Od volného pádu k E=mc 2 Přednášející: Martin Zápotocký Seminář Aplikace lékařské biofyziky 2014/5 Definice energie Energos (ἐνεργός) = pracující, aktivní; ergon = práce
VícePlazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu
Plazmové metody Základní vlastnosti a parametry plazmatu Atom je základní částice běžné hmoty. Částice, kterou již chemickými prostředky dále nelze dělit a která definuje vlastnosti daného chemického prvku.
Více