Epäorgaanisen kemian luokassani tutustuttiin laskennalliseen kemiaan. Meitä käsketään käyttämään B3LYP-teoriaa ohjelmassa, mutta emme ole koskaan oppineet mitään laskennasta vielä. Voisiko kukaan selittää yksinkertaisesti, mikä B3LYP on ja miten se sopii DFT-yhtälöön, joka näyttää:
$$ E _ {\ text {DFT}} [\ rho] = T_ {e} [\ rho] + V_ {ne} [\ rho] + J [\ rho] + E_ {xc} [\ rho] $$
kommentit
- Uh, minä mielestäni sinun pitäisi napata opetusohjelma tai jotain. Tämä ' tuli olla liian leveä.
- B3LYP antaa sinulle lausekkeen DFT-energiayhtälön funktionaaliselle vaihtokorrelaatiolle. Muutamia lisätietoja tämä saattaa kiinnostaa sinua.
- En ' En todellakaan ajattele sitä ' olevan liian leveä. ' on täysin mahdollista antaa suhteellisen lyhyt vastaus, joka selittää, mikä vaihto-korrelaatiofunktio on, huomauttamalla, että se viittaa yllä olevan yhtälön viimeiseen termiin ja puhumalla vähän itse B3LYP: stä.
Vastaus
”Teorian taso” on hieno sana järjestelmälle, jota käytetään laskettaessa molekyylin energia. On melko monia tapoja tehdä se, useimmat hyvin laskennallisesti kalliita. Kuitenkin aivan äskettäin osoitettiin, että tilaenergia riippuu vain elektronitiheysjakaumasta, ja yksityiskohdat elektronien liikkeen korrelaatiosta ovat johdettavissa mainitusta jakaumasta kokonaisuudessaan. Tämä johti tiheysfunktionaalisiin menetelmiin, joissa kaikkien elektroniliikkeen yksityiskohtien huomioon ottamisen sijaan otetaan huomioon vain elektronitiheys. Teoriassa tämä antaa mahdollisuuden laskea laskentavaatimuksia perustoimintojen lukumäärän neljännestä seitsemänteen (riippuu käytetystä menetelmästä) vain kolmannen tehon mainitusta luvusta. Tämä on iso juttu.
Ongelmana on, että tarkkaa ja universaalia tapaa saada elektronijärjestelmän energia niiden jakautumisesta ei tunneta. Siksi testattiin monia eri tapoja, ja menestyneimmät niistä tekivät saatavana oleviksi ohjelmistoiksi.
Suurin osa tällaisista tavoista – funktionaaliset – jakoivat järjestelmän energian useisiin osiin. Jotkut niistä voivat olla tarkalleen tiedossa, kuten elektroni-nukleui-vuorovaikutuksen energia. Jotkut eivät kuitenkaan ole, kuten elektroni-elektroni-vuorovaikutuksen energia. Silti useita rajatapauksia tarkasteltiin teoreettisessa fysiikassa. Erityisesti elektronikaasun toiminnallinen tunnetaan ja sitä käytettiin. Tämä nosti niin tunnettua paikallista tiheyden arviointia. Se toimii siedettävissä monissa tapauksissa.
Mielenkiintoinen vaihtoehto on lisätä niin tunnettu tarkka vaihto sekoitukseen. Pohjimmiltaan tarkka vaihto on yritys toteuttaa Pauli-periaate käsin, toisin sanoen, että kaksi elektronia, joilla on sama spin, eivät voi olla samassa paikassa. Ongelmana on, että osa siitä sisältyy jo perus-LDA: han, joten kyseistä jäsentä pidetään yleensä pienemmällä painolla, esimerkiksi 0,25.
Toinen mahdollinen tapa on yrittää sisällyttää elektroni-tiheydestä riippuvia jäseniä kaltevuus, jotta tiedetään, että elektronin tiheys molekyylissä vaihtelee pisteestä toiseen. Tätä kutsutaan GGA-lähestymistavaksi.
B3lyp on toiminnallinen toiminto, joka sisältää tarkan vaihdon ja GGA-korjaukset LDA-elektroni-elektroni- ja elektroni-ydinenergian lisäksi. Osien painot olivat sopivia toistamaan pienten molekyylien testipakkauksen geometria. Sellaisena b3lypin käyttö raskaampien atomien laskennassa on kyseenalaista.
Tiheysfunktionaalit toimivat huonosti, kun dispersiovuorovaikutuksilla on merkittävä rooli, myös tämän ajatuksen korjausmenetelmät tunnetaan.
Lisätietoja ei ole sinulle tällä hetkellä tärkeää. Harkitse kuitenkin jonkin DFT: tä ja kvanttikemiaa käsittelevän kirjan nappaamista. Jos päätät koskaan ”todelliseen” kemiaan, se olisi kätevää, koska laskennallisia kemiapapereita on läsnä runsaasti ja ne tarjoavat usein merkittävää tietoa.