En mi clase de química inorgánica, fuimos introducidos a la química computacional. Se nos dice que usemos la teoría B3LYP en el programa, pero todavía no hemos aprendido nada de los cálculos. ¿Alguien podría explicar simplemente qué es B3LYP y cómo encaja en la ecuación DFT que parece?
$$ E _ {\ text {DFT}} [\ rho] = T_ {e} [\ rho] + V_ {ne} [\ rho] + J [\ rho] + E_ {xc} [\ rho] $$
Comentarios
- Uh, yo creo que deberías tomar un tutorial o algo así. Este ' tiene que ser demasiado amplio.
- B3LYP le da una expresión para la función de correlación de intercambio en la ecuación de energía DFT. Para obtener algunos detalles más, esto podría ser de su interés.
- No ' Realmente creo que es ' demasiado amplio. Es ' muy posible dar una respuesta relativamente breve que explique qué es una función de correlación de intercambio, señalando que se refiere al último término de la ecuación anterior y hablando un poco sobre B3LYP en sí.
Respuesta
«El nivel de teoría» es una palabra elegante para el esquema que se usa para calcular energía de una molécula. Hay muchas formas de hacerlo, la mayoría muy costosas desde el punto de vista informático. Sin embargo, recientemente se demostró que la energía del estado depende únicamente de la distribución de la densidad de electrones, y los detalles de la correlación del movimiento de los electrones pueden derivarse de dicha distribución en su totalidad. Esto dio lugar a métodos funcionales de densidad, donde en lugar de considerar todos los detalles del movimiento de electrones, solo se considera la densidad de electrones. Teóricamente, esto permite reducir los requisitos computacionales desde la cuarta-séptima potencia (depende del método utilizado) del número de funciones básicas a solo la tercera potencia de dicho número. Esto es muy importante.
El problema es que se desconoce la forma exacta y universal de derivar la energía de un sistema de electrones a partir de su distribución. Por lo tanto, se probaron muchas formas diferentes y las más exitosas se convirtieron en software disponible.
La mayoría de estas formas (funcionales) dividen la energía del sistema en varias partes. Algunos de ellos pueden conocerse con exactitud, como la energía de la interacción electrón-núcleo. Algunos, sin embargo, no lo son, como la energía de la interacción electrón-electrón. Aún así, varios casos fronterizos fueron considerados en física teórica. Específicamente, se conoce y se usó funcional para el gas de electrones. Esto dio lugar a la tan conocida aproximación de densidad local. Funciona de manera tolerable en muchos casos.
Una opción interesante es agregar el conocido intercambio exacto en la mezcla. Esencialmente, el intercambio exacto es un intento de hacer cumplir el principio de Pauli a mano, es decir, que dos electrones con el mismo giro no pueden ocupar el mismo lugar. El problema es que parte de él ya está incluido en el LDA base, por lo que ese miembro generalmente se considera con un peso reducido, digamos, 0.25.
Otra forma posible es intentar incluir miembros dependientes de la densidad de electrones gradiente, para saber que la densidad de electrones en una molécula varía de un punto a otro. Esto se conoce como enfoque GGA.
B3lyp es un funcional que incluye intercambio exacto y correcciones GGA además de la energía LDA electrón-electrón y electrón-núcleo. Los pesos de las piezas se ajustaron para reproducir la geometría de una serie de pruebas de moléculas pequeñas. Como tal, el uso de b3lyp para cálculos con átomos más pesados es cuestionable.
Las funciones de densidad funcionan mal cuando las interacciones de dispersión juegan un papel importante, también se conocen esquemas de corrección de pensamiento para esto.
Más detalles no son importantes para usted en este momento. Sin embargo, considere comprar algún libro sobre DFT y química cuántica en general. Si alguna vez termina en química «real», esto sería útil, ya que los artículos de química computacional están presentes en grandes cantidades y, a menudo, ofrecen información significativa.