Программа для специальности 1-31 05 01 Химия (по направлениям) Направления специальности: 1-31 05 01-01 научно-производственная деятельность



Pdf просмотр
Дата04.02.2019
Размер41.7 Kb.


1
Белорусский государственный университет

УТВЕРЖДАЮ
Декан химического факультета
Белорусского государственного университета
________________ Д.В. Свиридов
____________________
(дата утверждения)
Регистрационный № УД-______/уч.



КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ


Учебная программа для специальности
1-31 05 01 Химия (по направлениям)
Направления специальности:
1-31 05 01-01 научно-производственная деятельность
Минск, 2011 г
СОСТАВИТЕЛЬ:
Ю.С. Головко, ассистент кафедры электрохимии Белорусского государственного университета, кандидат химических наук.



2
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Предметом настоящего курса является изучение современных методов компьютерного моделирования строения и свойств систем различной природы с акцентом на описание тех характеристик, которые являются наиболее принципиальными для электрохимических явлений.
Методы компьютерной химии позволяют рассчитывать/моделировать разнообразнейшие свойства молекулярных систем и кристаллов, что делает их особенно привлекательными в тех случаях, когда экспериментальное исследование затруднено или просто невозможно. Подобные исследования называют подчас "вычислительным экспериментом". И компьютер реально становится таким же инструментом исследования, как и привычный химический или физико-химический эксперимент. Таким образом, владение методами компьютерной химии становится необходимым требованием к современному специалисту-химику.
Цель курса «Компьютерное моделирование электрохимических процессов и свойств веществ» – выработать у студентов системное представление о современных методах и средствах вычислительной химии для их последующего обоснованного применения на практике. Задачи курса заключаются в изучении теории вычислительной химии; ознакомлении со многими методами компьютерной химии; выработке у студентов навыков проведения расчетов и использования полученных результатов на практике.
В результате изучения курса студенты должны знать и уметь:
- теоретические основы вычислительной химии;
- принципы и физико-химические основы компьютерного молекулярного моделирования;
- иерархию и области применения современных расчетных методов;
- конкретные методы теоретического исследования электрохимических свойств веществ и процессов с их участием, пути их сопоставления с экспериментом;
- пути поиска, накопления и обработки научной информации о компьютерном моделировании электрохимических процессов и свойств веществ;
- решать учебные и исследовательские задачи по моделированию основных характеристик электрохимических процессов и свойств веществ;
- использовать возможности основных программных пакетов для компьютерного моделирования строения и физико-химических свойств;
- ориентироваться в перспективах и тенденциях развития вычислительной химии.


3
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Введение
Краткая история развития вычислительной химии. Основные понятия, используемые в курсе. Теории, модели, приближения в научном познании мира.
Современные направления компьютерной химии: визуализация строения и свойств систем; прогнозирование физико-химических свойств; методы, основанные на классической теории; методы, основанные на квантовой теории.
Раздел 1. Основополагающие принципы вычислительной химии и
молекулярного моделирования
Принципы описания и визуализации структуры молекулярных частиц.
Геометрия молекул и системы координат (декартовы, внутренние, Z-матрицы).
Поверхность потенциальной энергии и ее ключевые области. Исследование ППЭ: оптимизация геометрии к минимуму или переходному состоянию; методы скорейшего спуска, сопряженных градиентов, Ньютона-Рафсона.
Раздел 2. Исследование свойств молекулярных систем на основе методов
классической механики
Потенциальные функции силового поля. Общая характеристика силовых полей молекулярной механики. Стерическая энергия и ее термы: изменение длин связей, валентных и двугранных углов, электростатические и Ван-дер-ваальсовы взаимодействия, перекрестные термы. Параметризация силовых полей и переносимость их параметров. Практические рекомендации по использованию силовых полей ММ. Конформационный анализ.
Моделирование динамики молекулярных систем. Метод молекулярной динамики. Метод Монте-Карло. Алгоритм Метрополиса. Практические рекомендации по моделированию свойств молекул и их ансамблей.
Раздел 3. Моделирование свойств методами квантовой химии
Современные методы квантовой химии – классификация и иерархия.
Теоретические основания и основные приближения квантовой химии. Построение волновой функции атомов и молекул. Определитель Слэтера. Самосогласование.
Базисные функции. Принципы построения и характеристики основных базисных наборов.
Полуэмирические и неэмпирические методы. Электронная корреляция. Теория возмущения. Методы, основанные на вариационном принципе – метод конфигурационного взаимодействия, метод связных кластеров, метод многоконфигурационного самосогласованного поля.
Теория функционала электронной плотности. Функционалы LDA, градиентно- скорректированные, гибридные.
Свойства, извлекаемые из волновой функции системы.
Раздел 4. Аддитивные схемы и моделирование «структура – свойство»
Прогнозирование свойств на основе эмпирико-статистических методов.
Аддитивные схемы, QSPR, дескрипторы молекулярной структуры.
Основополагающие положения аддитивных моделей. Вклады атомов, связей, заместителей.
Схема моделирования QSPR. Принципы построения и статистической верификации аддитивных схем. Их преимущества и недостатки.
Раздел 5. Расчет реакционной способности и параметров химических
процессов
Теория элементарного акта химической реакции. Оптимизация геометрии реагентов, продуктов и переходного состояния. Расчет колебательного и электронного спектров. Анализ заселенности МО.


4
Энергетика химических реакций.
Модели реакционной способности соединений: теория граничных МО, концептуальные подходы в DFT, постулат Хэммонда.
Методы учета влияния растворителя.
Раздел 6. Электрохимические свойства и их моделирование
Электрические свойства молекул, и свойства, извлекаемые из волновой функции.
Теория Маркуса. Процессы, сопряженные с электронным переносом.
Тенденции и перспективы развития компьютерного моделирования электрохимических свойств.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная
1.
Foresman, J.B. Exploring chemistry with electronic structure methods / J.B. Foresman,
A.E. Frisch. – 2nd ed. – Gaussian Inc., Pittsburgh, PA, 1996. – 304 p.
2.
Leach, A.R. Molecular modelling: principles and applications / A.R. Leach. – 2nd ed. –
Prentice Hall, 2001. – 720 p.
3.
Young, D.C. Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying Techniques to
Real-World Problems / D.C. Young. – John Wiley & Sons, 2001. – 381 p.
4.
Jensen, F. Introduction to Computational Chemistry / F. Jensen. – John Wiley & Sons,
1999. – 429 p.
5.
Соловьев, М.Е. Компьютерная химия / М.Е. Соловьев, М.М. Соловьев. – М.:
СОЛОН-Пресс, 2005. – 536 с.
6.
Кларк, Т. Компьютерная химия / Т. Кларк. – М.: Мир, 1990. – 383 с.
7.
Marcus, R.A. Electron transfer reactions in chemistry: Theory and Experiment / R.A.
Marcus // Pure & Appl. Chem. – 1997. – Vol. 69, № 1. – P. 13 – 29.

Дополнительная
1.
Немухин, А.В. Компьютерное моделирование в химии / А.В. Немухин // СОЖ. –
1998. – № 6. – С. 48–52.
2.
Brereton, R.G. Chemometrics / R.G. Brereton. – John Wiley & Sons, 2003. – 489 p.
3.
Parr, R.G. Density Functional Theory of Atoms and Molecules / R.G. Parr, W. Yang –
Oxford University Press, New York, 1989. – 333 p.
4.
Mueller, M. Fundamentals of Quantum Chemistry. Molecular Spectroscopy and
Modern Electronic Structure Computations / M. Mueller. – Kluwer AP, 2002. – 265 p.
5.
Rogers, D.W. Computational Chemistry Using the PC / D.W. Rogers. – John Wiley &
Sons, 2003. – 349 p.
6.
Попл, Д.А. Квантово-химические модели / Д.А. Попл // УФН. – 2002. – Т. 172,
№ 3. – С. 349–356.
7.
Nagy, Z. Electrochemistry on the Internet / Z. Nagy // J. Solid State Electrochem. –
2011. – DOI: 10.1007/s10008-010-1230-6.
8.
Marzari, N. Quantum simulations of electrochemical systems / N. Marzari // Materials of Workshop on Nanoscience for Solar Energy Conversion / ICPT, Italy. – Trieste,
2008.


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница