СПбГУ30 June 2023 - 31 December 2024 г.Course started

Компьютерное моделирование химических реакций: практический курс

Эварестов Роберт Александровичopenedu

Записаться на курс
Что вас ждет на курсе? Много практики: в виде разборов на лекциях и в качестве домашней работы Теория в минимальном объеме: чтобы подходить к практике осмысленно За 10 модулей вы научитесь использовать методы квантовой химии и проводить расчеты свойств химических веществ и моделирование химических реакций, в том числе с использованием суперкомпьютеров. Для начала: познакомитесь с операционной системой Linux; установите популярные квантово-химические программные пакеты ORCA и Molcas, в которых и предстоит проводить расчеты. В первой части научитесь: работать в программе ORCA; использовать методы функционала плотности и основные методы ab initio квантовой химии для моделирования широкого круга молекулярных систем и процессов — от двухатомных молекул до химических реакций; создавать простые скрипты с использованием Bash для обработки результатов расчетов. Во второй части научитесь: работать в программе Molcas; использовать большее количество ab initio методов квантовой химии; создавать более сложные программы (скрипты) для автоматизации и обработки результатов расчетов с использованием Bash и Python. После прохождения курса вы также сможете без труда использовать другие квантово-химические программы, такие как Gaussian, NWChem и прочие.
Модуль 1а. Введение. Волновая функция водородоподобных атомов. Общие принципы описания многоэлектронных систем. Понятие орбитали. Модуль 1б. Практика. Основы работы в операционной системе Linux. Установка и основные принципы использования квантово-химических программ Molcas и ORCA. Модуль 2. Молекулярная система координат. Понятие молекулярной орбитали и метод МО-ЛКАО. Атомные базисные наборы. Модуль 3а. Построение многоэлектронной волновой функции из одноэлектронных волновых функций (орбиталей). Основные подходы к решению уравнения Шредингера. Метод самосогласованного поля. Ограниченный и неограниченный методы Хартри — Фока. Модуль 3б. Практика. Расчет электронной энергии молекулы водорода. Расчет электронной энергии триплетного состояния для молекул водорода и кислорода. Расчет энергии диссоциации молекулы водорода. Использование графических программ для визуализации результатов квантово-химических расчетов. Модуль 4а. Пост-Хартри-Фоковские методы. Метод теории возмущений (MP2) и метод связанных кластеров (CCSD(T)). Модуль 4б. Практика. Расчет энергии диссоциации молекулы фтороводорода пост-Хартри-Фоковскими ab initio методами (MP2, CCSD(T)). *Модуль 5а. Методы наложения конфигураций (конфигурационного взаимодействия) — CIS, CISD, CISDT, CISDTQ. Метод полного конфигурационного взаимодействия: Full Configuration Interaction (FCI). Многоконфигурационный метод самосогласованного поля. Multiconfigurational Self Consistent Field (MCSCF). Методы CASSCF и CASPT2. *Модуль 5б. Практика. Расчет энергии диссоциации молекулы фтороводорода пост-Хартри-Фоковскими ab initio методами (CISDT, CISDTQ, MCSCF, CASSCF, CASPT2). Модуль 6а. Понятие электронной плотности. Основы методов функционала плотности (DFT). Электрон-электронное взаимодействие. Виды электронной корреляции. Модуль 6б. Практика. Расчет энергии диссоциации двухатомных молекул с использованием различных функционалов плотности. Модуль 7а. Приближение Борна — Оппенгеймера. Понятие поверхности потенциальной энергии. Модуль 7б. Практика. Расчет поверхность потенциальной энергии для молекулы фтороводорода различными ab initio и DFT методами. Модуль 8а. Виды стационарных точек на поверхности потенциальной энергии. Принципы расчета градиентов и матриц Гессе. Основные подходы к оптимизации геометрии молекул.  Модуль 8б. Практика. Расчет градиентов и матриц Гессе и оптимизация различных молекулярных систем с использованием программ ORCA и Molcas. Модуль 9.1а. Движение ядер вблизи точки равновесия. Колебательные спектры. Модуль 9.1б. Практика. Расчет энергии перехода между колебательными уровнями для двухатомных и многоатомных молекул. Модуль 9.2а. Макроскопические свойства ансамблей молекул. Энергия Гиббса, энтальпия, энтропия. Модуль 9.2.б. Практика. Расчет энтальпии, энтропии и энергии Гиббса. Модуль 9.3.а. Методы учета растворителя в квантово-химических расчетах. Модуль 9.3.б. Расчет разницы энергий Гиббса и относительной стабильности различных изомеров в газовой фазе и растворителе. Модуль 10а. Основные принципы моделирования химических реакций. Подходы к оптимизации переходных состояний. Путь реакции и реакционная координата. Модуль 10б. Практика. Расчет сканов поверхности потенциальной энергии. Оптимизация переходных состояний. Расчет координаты для набора реакций в газовой фазе и растворителе. *Модули, отмеченные звездочкой, — для углубленного изучения темы.