מכניקה מולקולרית(שיטה של פונקציות פוטנציאל אטום-אטום), אמפירית מחושבת. שיטת קביעת גיאום. מאפיינים ואנרגיה של מולקולות. בהתבסס על ההנחה שהאנרגיה E של המולקולה יכולה להיות מיוצג על ידי סכום התרומות, לשיפון מ' ב. מוקצים לאורכי הקשר r, זוויות הקשר a וזוויות דו-הדרליות (פיתול) m (מרכיבי האנרגיה המתאימים מסומנים על ידי E st, E shaft ו-E torus). בנוסף, בביטוי הכללי לאנרגיה יש תמיד מונח E vdv, המשקף את האינטראקציה של ואן דר ואלס. ערכיות אטומים לא קשורים, ומונח E מגניב, תוך התחשבות באלקטרוסטטי. אינטראקציה אטומים וגרימת נוכחות של מטענים אטומיים יעילים. אז בדרך כלל, האנרגיה הכוללת של המולקולה מיוצגת על ידי הסכום:
כדי לחשב את שני המונחים הראשונים, נעשה לרוב שימוש בחוק המוכר מהמכניקה של הוק (ומכאן שם השיטה):
אנליט. ביטוי לאנרגיה E tor, למשל. עבור מולקולת C 2 H 6, יש את הצורה:
כאשר V 3 - חזק. מחסום בפנים. רוֹטַציָה. האנרגיות E vdv ו-E cool מחושבות באמצעות Lennard-Jones או Buckingham f-lames עבור פוטנציאלים של מודל (ראה אינטראקציות בין-מולקולריות, אינטראקציות לא ערכיות). הפרמטרים k r , ka , r 0 , a 0 וכו' בכל המשוואות בשימוש נבחרים בצורה כזו שיספקו את הניסוי. מבניים ותרמוכימיים. נתונים עבור המולקולות הפשוטות ביותר שנבחרו כסטנדרטים (עבור פחמימנים, CH 4, C 2 H 6 ועוד כמה משמשות כמולקולות ייחוס). קבוצת הפרמטרים המתקבלת משמשת לאחר מכן לחישוב המאפיינים של מולקולות של מחלקה מסוימת של תרכובות. (למשל, פחמימנים רוויים, אלכוהול וכו'), כמו גם לחקר ה-in-in שלא נחקר. החישוב לפי שיטת המכניקה המולקולרית מורכב ממזעור כל אחד מהאנרגטיים. פיקדונות, מה שנותן את האופטימום. הערכים של r, a ו-t והאנרגיה E של המולקולה כולה. מוּמחֶה. תוכניות מחשב דורשות הרבה פחות זמן מחשב מאשר תוכניות קוונטיות-כימיות. חישובים, והדיוק של התחזיות דומה לשגיאה מבנית ותרמוכימית. מידות.
שיטת המכניקה המולקולרית מאפשרת לקבל מידע לתיאור מלא של הגיאומטריה של הפירוק. קונפורמים בעיקר. מצב ואוכף נקודות על פני הפוטנציאל. אנרגיה (PES), כמו גם גיאום. מבנים בגביש. גם חום ההיווצרות נקבע, אנרגיות הלחץ, האנרגיות של קונפורמים בודדים וגבהי המחסומים לקונפורמציות. טרנספורמציות, תדרי תנודה, הפצה של חשמל. מטען, רגעי דיפול, כימיה. שינויים בספקטרום NMR, שיעורים כימיים. p-tions וכו' טווח היישום של מכניקה מולקולרית הוא גדול: ממולקולות פשוטות ועד לפוליסכרידים וחלבונים. בשילוב עם שיטות אחרות, במיוחד גז
מכניקה מולקולרית משתמשת במערכת משוואות נגזרת אמפירית עבור משטח האנרגיה הפוטנציאלית, שצורתה המתמטית שאולה מהמכניקה הקלאסית. מערכת זו של פונקציות פוטנציאליות נקראת שדה כוח. הוא מכיל פרמטרים שערכם המספרי נבחר באופן שיקבל את ההתאמה הטובה ביותר בין המאפיינים המחושבים והניסויים של המולקולה. שיטת שדה הכוח משתמשת בהנחה שניתן להעביר פרמטרים וקבועי כוח האופייניים למולקולה אחת למולקולות אחרות. במילים אחרות, הערכים המספריים של פרמטרים שנקבעו עבור כמה מולקולות פשוטות יכולים לשמש כערכים קבועים עבור תרכובות קשורות אחרות.
שדות כוח פשוטים במכניקה מולקולרית כוללים מתיחת קשר, עיוות קשר ופיתול זווית ואינטראקציות של ואן דר ואלס:
שדות כוח מורכבים יותר יכולים לכלול גם מונחים צולבים, לקחת בחשבון אינטראקציות אלקטרוסטטיות וכו'.
מכניקה מולקולרית מכונה לעתים קרובות גם שיטת חישוב שדה כוח. שדות כוח פותחו במקור במחקרים ספקטרוסקופיים. מאוחר יותר התברר שהם נוחים לשימוש במכניקה מולקולרית. הדוגמה הראשונה כזו הייתה שדה כוח מרכזי, שבו מופיעים רק המרחקים הפנימיים הגרעיניים הקיימים במולקולה. המונחים הצולבים המקבילים לשינוי בו-זמנית בשני מרחקים בין-גרעיניים מוזנחים בדרך כלל, כך מסתבר שדה כוח אלכסוני.
גרסה פשוטה נוספת של שדה הכוח נקראת שדה כוח ערכיות. היא תואמת בצורה הטובה ביותר את הרעיונות המקובלים לגבי אופי הכוחות הפועלים במולקולה. שדה כוח הערכיות ניתן על ידי מה שנקרא קואורדינטות פנימיות, כלומר:
כל אורכי הקשר;
כל זוויות הערכיות העצמאיות (דיהדרלית):
כל זוויות הפיתול (אזימוט) עצמאיות.
משמעות הדבר היא שכוחות השיקום פועלים לאורך ולרוחב הקשרים הקוולנטיים, ומבקשים להחזיר את אורכי קשר שיווי המשקל r, זוויות הקשר וזוויות הפיתול.
14. יתרונות וחסרונות של שיטות מכניקה מולקולרית
שיטות המכניקה המולקולרית והדינמיקה המולקולרית מבוססות על מושגים קלאסיים. חלקיקים במקרים אלה נחשבים כנקודות חומר המקיימות אינטראקציה דרך מה שנקרא שדות כוח, ושדות הכוח עצמם נקבעים על ידי פוטנציאל אינטראקציה. שיטות מכניקה מולקולרית משתמשות בגישת הכימיה המסורתית. מבחינה ויזואלית, מולקולות מיוצגות כקבוצה של כדורים ומוטות, כאשר כל כדור מייצג אטום, וכל מוט מייצג קשר ביניהם. בהתאם לסוג הקשרים, פוטנציאל האינטראקציה נבחרים, כמו גם האנרגיה והפרמטרים המתאימים לתצורות מקומיות מסוימות של אטומים. בגישה של מכניקה מולקולרית זו, אנרגיה פוטנציאלית היא סכום המונחים המתארים מתיחה, כיפוף ופיתול של קשרים, כמו גם את האינטראקציה האלקטרוסטטית בין אטומים לא קשורים. מאפשר חישוב מדויק של המבנה הגיאומטרי של מולקולות והאנרגיה שלהן בהתבסס על נתוני הניסוי הזמינים. הוא משתמש ברעיון הקלאסי של קשרים כימיים בין אטומים במולקולה וכוחות ואן דר ואלס הפועלים בין אטומים לא קשורים בערכיות.
"עם זאת, ניתן ליישם בהצלחה את שיטות המכניקה המולקולרית רק על מחלקה צרה יחסית של מבנים מולקולריים בתצורות הקרובות למצב שיווי המשקל.
שיטות המכניקה המולקולרית והדינמיקה המולקולרית מבוססות על הפיזיקה הקלאסית של מערכות מרובות חלקיקים ואינן מסוגלות לתאר השפעות קוונטיות. יתר על כן, על מנת לקבל תוצאות מספריות, הם דורשים ידע מפורט על האינטראקציות בין חלקיקים, ולכן, בכל מקרה בודד, יש צורך להשתמש במודלים שונים. על מנת לקבל תוצאות מציאותיות, ברוב המקרים, נדרשת התאמה נוספת של פוטנציאלים אלו לנתונים ניסיוניים. לפיכך, העמימות של קריטריוני המידול המשמשים במכניקה מולקולרית ודינמיקה מולקולרית מגבילה את היישום הרחב של שיטות אלה. במקביל, הם מאפשרים לשקול ננו-מערכות גדולות המכילות עד 10 אטומים.
מכניקה מולקולרית
(שיטה של פונקציות פוטנציאל אטום-אטום), אמפירית מחושבת. שיטת קביעת גיאום. מאפיינים ואנרגיה של מולקולות. בהתבסס על ההנחה שהאנרגיה של מולקולת E יכולה להיות מיוצג על ידי סכום התרומות, לשיפון מ' ב. מוקצים לאורכי הקשר r, זוויות הקשר a וזוויות דו-הדרליות (פיתול) m (מרכיבי האנרגיה המתאימים מסומנים על ידי E st, E shaft ו-E torus). בנוסף, בביטוי הכללי לאנרגיה יש תמיד מונח E vdv, המשקף את האינטראקציה של ואן דר ואלס. אטומים נטולי ערכיות, והמונח E מגניב ,
תוך התחשבות באלקטרוסטטית אינטראקציה אטומים וגרימת נוכחות של מטענים אטומיים יעילים. אז בדרך כלל, האנרגיה הכוללת של המולקולה מיוצגת על ידי הסכום:
כדי לחשב את שני המונחים הראשונים, משתמשים לרוב בידוע מהמכניקה חוק הוק(ומכאן שם השיטה):
אנליט. ביטוי לאנרגיה E tor, למשל. עבור מולקולת C 2 H 6, יש את הצורה:
איפה
חָזָק. מחסום בפנים. רוֹטַציָה. האנרגיות E vdv ו-E cool מחושבות באמצעות ה-F-lames של Lennard-Jones או Buckingham עבור פוטנציאלים של מודל (ראה. אינטראקציות בין-מולקולריות, אינטראקציות לא ערכיות).אפשרויות
a , r 0 , a 0 וכו' בכל המשוואות בשימוש נבחרות באופן שיספק את הניסוי. מבניים ותרמוכימיים. נתונים עבור המולקולות הפשוטות ביותר שנבחרו כסטנדרטים (עבור פחמימנים, מולקולות הייחוס הן CH 4, C 2 H 6 ועוד כמה). קבוצת הפרמטרים המתקבלת משמשת לאחר מכן לחישוב המאפיינים של מולקולות של מחלקה מסוימת של תרכובות. (למשל, פחמימנים רוויים, אלכוהול וכו'), כמו גם לחקר ה-in-in שלא נחקר. חישוב בשיטת M. m. מורכב ממזעור כל אחד מהאנרגטיים. פיקדונות, מה שנותן את האופטימום. הערכים של r, a ו-t והאנרגיות של המולקולה כולה. מוּמחֶה. תוכניות מחשב דורשות הרבה פחות זמן מחשב מאשר קוונטים-כימיים. חישובים, והדיוק של התחזיות דומה לשגיאה מבנית ותרמוכימית. מידות.
השיטה של M. m. מאפשרת לך לקבל מידע לתיאור מלא של פירוק הגיאומטריה. קונפורמים בעיקר. מצב ואוכף נקודות על פני הפוטנציאל. אנרגיה (PES), כמו גם גיאום. מבנים בגביש. כמו כן נקבעים חום היווצרות, אנרגיות מתח, אנרגיות של קונפורמים בודדים וגבהי מחסום לקונפורמציות. טרנספורמציות, תדרי תנודה, הפצה של חשמל. מטען, רגעי דיפול, כימיה. שינויים בספקטרום NMR, שיעורים כימיים. p-tions וכו' טווח היישום של M. m גדול: ממולקולות פשוטות ועד לפוליסכרידים וחלבונים. בשילוב עם שיטות אחרות, בפרט עקיפות אלקטרונים בגז וניתוח מבני קרני רנטגן, האמינות והדיוק של קביעת הגאום. המאפיינים מוגברים.
בהתבסס על חישוב הפרמטרים המבניים והאנרגיה של מולקולות במצב שיווי משקל, נבדקות האפשרויות של intra-וintermoles. תנועות המרכיבות את נושא המחקר הם אומרים. דִינָמִיקָה.
M. m פותחה בשנות ה-60. המאה ה -20 ט' היל וא''י קיטאיגורודסקי. המונח הוצע על ידי ל' ברטל ב-1958.
מוּאָר.: Dashevsky V. G., Conformational Analysis of Organic Molecules, M., 1982; Burkert U., Ellinger N. L., Molecular mechanics, trans. מאנגלית, מ', 1986; Koffi U., Ivens M., Grigolini P., Molecular and Spectra, trans. מאנגלית, מ', 1987. לִפנֵי הַסְפִירָה מסטריוקוב.
אנציקלופדיה כימית. - מ.: האנציקלופדיה הסובייטית. אד. I. L. Knunyants. 1988 .
ראה מה זה "מכניקה מולקולרית" במילונים אחרים:
מכניקה מולקולרית- מכניקה מולקולרית אחת הגישות במודלים מולקולריים המשתמשת במכניקה קלאסית כדי לתאר יסודות פיזייםדגמים. אטומים (גרעינים עם אלקטרונים) מיוצגים על ידי מסות נקודתיות עם ... ... מילון אנגלי-רוסי מסביר לננוטכנולוגיה. - M.
הוא חוקר את התנועה הסיבובית והטרנסלציונית (טרנסלציונית) של מולקולות, כמו גם תנועות תוך-מולקולריות: רעידות של אטומים וקבוצות אטומיות, קונפורמציות. ארגון מחדש, סיבוב של מול בודד. שברים וכו'. הזמנים האופייניים לתנועות אלו ... ... אנציקלופדיה כימית
פיסיקה מולקולרית היא הענף של הפיסיקה החוקר תכונות גשמיותגופים המבוססים על התחשבות במבנה המולקולרי שלהם. הבעיות של הפיזיקה המולקולרית נפתרות בשיטות של סטטיסטיקה פיזיקלית, תרמודינמיקה וקינטיקה פיזיקלית, הן ... ... ויקיפדיה
ענף בפיזיקה בו לומדים פיזיקה. sv va tel in decomp. מצבי צבירה המבוססים על שיקול המיקרוסקופי שלהם. (מבנה מולקולרי. משימות של מ.פ. פותרים בשיטות פיזיקליות. סטטיסטיקה, תרמודינמיקה ופיזיקה. קינטיקה, הם קשורים למחקר של ... ... אנציקלופדיה פיזיקלית
מכניקת רציפות רצף בינוני מכניקה קלאסית חוק שימור המסה חוק שימור המומנטום ... ויקיפדיה
ענף בפיזיקה החוקר את התכונות הפיזיקליות של גופים במצבי צבירה שונים בהתבסס על המבנה המיקרוסקופי (מולקולרי) שלהם. משימות של מ.פ. נפתרים בשיטות של סטטיסטיקה פיזיקלית, תרמודינמיקה ו ... ... האנציקלופדיה הסובייטית הגדולה
ענף בפיזיקה החוקר את התכונות הפיזיקליות של גופים במצבי צבירה שונים בהתבסס על המבנה המולקולרי שלהם. מפיזיקה מולקולרית, פיזיקת מצב מוצק, קינטיקה פיזית, פיזיקה... מילון אנציקלופדי
- (מיוונית μηχανική אומנות בניית המכונות) תחום פיזיקה החוקר את תנועתם של גופים חומריים ואת האינטראקציה ביניהם. תנועה במכניקה היא השינוי בזמן של מיקומם היחסי של גופים או חלקיהם במרחב ... ... ויקיפדיה
מכניקת הקוונטים עקרון אי הוודאות מבוא ... ניסוח מתמטי ... בסיס ... ויקיפדיה
ספרים
- מכניקה ופיזיקה מולקולרית בקורס הפיזיקה הכללית. ספר לימוד על פיזיקה כללית, לנדאו L.D. הספר הוא הקדמה תמציתית למושגי היסוד והמודלים החשובים ביותר במכניקה ובפיזיקה מולקולרית. אין ספק שהוא יהיה שימושי כספר מבוא ל...
עלון 2014 של אוניברסיטת סנט פטרבורג, סר. גיליון 10. אחד
אינפורמטיקה
א.ו. ראיק, ו.א. קלמשב
הדמיה של האינטראקציה של מולקולת מים עם משטחי קריסטל
סנט פטרסבורג אוניברסיטת המדינה, 199034, סנט פטרסבורג, הפדרציה הרוסית
נחשב מודל לאינטראקציה של מולקולת מים עם משטח גבישי של תחמוצת מגנזיום. האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת חושבה בשיטת המכניקה המולקולרית, הלוקחת בחשבון אינטראקציות אטום-אטום באמצעות מודלים פוטנציאלים סמי-אמפיריים. שבר של פני הגביש היה מיוצג על ידי מודל צביר המורכב ממספר סופי של אטומים השייכים למשטח עצמו ולמישורים האטומיים הקרובים ביותר אליו. תוארו דגמי אשכולות שונים המכילים בין 9 ל-24 אטומי תחמוצת מגנזיום. עבורם נקבעה גיאומטריית שיווי המשקל של מערכת עם מולקולת מים נספחת. מוצג שבנקודת שיווי המשקל מולקולת המים ממוקמת במרחק של 3 Ä מפני השטח, והאינטראקציה של מולקולות המים עם פני השטח היא אלקטרוסטטית. מחושבים תדירויות תנודות המתיחה של מולקולת מים הנספגת על פני השטח. התוצאות המתקבלות מושוות לתוצאות של חישובים מכאניים קוונטיים. בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה 15 כותרים Il. 3. לשונית. אחד.
מילות מפתח: מכניקה מולקולרית, פוטנציאל אינטראקציה בין מולקולרית, ספיחה, תחמוצות מתכות.
Raik A. V., Klemeshev V. A. מידול של אינטראקציה בין מולקולת מים ומשטחי גביש // Vestnik of St. אוניברסיטת פטרבורג. סר. 10. מתמטיקה שימושית, מדעי המחשב, תהליכי בקרה. 2014. גיליון 1. עמ' 138-146.
מודל אינטראקציה בין מולקולת מים למשטח גביש תחמוצת מגנזיום נחשב. האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת מחושבת בעזרת שיטת המכניקה המולקולרית, הלוקחת בחשבון את האינטראקציה בין אטום לאטום באמצעות מודלים פוטנציאלים סמיאמפיריים. שבר של משטח הגביש מיוצג על ידי מודל האשכולות, המורכב ממספר סופי של אטומים השייכים למשטח ולמישורים האטומיים הקרובים ביותר. נשקלו דגמי אשכולות שונים המכילים בין 9 ל-24 אטומים של תחמוצת מגנזיום. הוכח שהמרחק בין מולקולת המים למשטח בנקודת שיווי משקל הוא 3 A. נמצא שהאינטראקציה היא אלקטרוסטטית במהותה. מחושבים תדרי המתיחה של מולקולת המים הנספגת על פני השטח. התוצאות שהתקבלו מושוות עם החישובים הקוונטים-מכניים. ביבליוגר. 15.איל. 3. טבלה 1.
מילות מפתח: מכניקה מולקולרית, פוטנציאל אינטראקציה בין מולקולרית, ספיחה, תחמוצות מתכות.
מבוא. כיום, חשוב ביותר לחקור את האינטראקציה של מערכות עם מספר רב של חלקיקים, כגון ננו-מבנים, מולקולות חלבון ומערכות המדמות תהליכים בקטליזה הטרוגנית. שדות כוח מודרניים מאפשרים לקחת בחשבון בצורה נכונה סוגים רבים של אינטראקציה באמצעות
© A. V. Raik, V. A. Klemeshev, 2014
פרמטרים מכוילים במיוחד עבור מערכות שונות. המערכות הנ"ל עדיין אינן יכולות להיחשב אך ורק במסגרת מכניקת הקוונטים, תוך התחשבות בכל סוגי האינטראקציה. לכן יש חשיבות רבה לחקר האפשרות להשתמש בשיטות המכניקה המולקולרית וקביעת גבולות הישימות שלהן. במאמר זה, אנו מציעים שיטה למידול האינטראקציה של שכבת פני השטח של מבנה גביש מגנזיום תחמוצת עם מולקולת מים ספוגה במסגרת שדה כוח שלוקח בחשבון אינטראקציה בין אטום לאטום באמצעות מודלים פוטנציאלים סמי-אמפיריים. התוצאות המתקבלות מושוות לתוצאות של מחקרים מכאניים קוונטיים מדויקים יותר.
מודל מתמטי. במכניקה מולקולרית, מולקולה היא מערכת מבודדת המורכבת מאטומים הרוטטים סביב עמדות שיווי משקל. אטומים מיוצגים כנקודות חומריות בעלות מסה ומטען מסוימים, המוחזקות יחד על ידי אינטראקציות ערכיות ואי-ערכיות. הכוח הפועל על אטום שווה לשיפוע האנרגיה של האינטראקציה של אטום זה עם כל האחרים, נלקח עם הסימן ההפוך. האנרגיה של המערכת היא פונקציה של הקואורדינטות של הגרעינים, המבוססות במרחב רב ממדי, השווה לסכום האנרגיות של כל האינטראקציות הזוגיות של האטומים. הוא מגדיר את פני האנרגיה הפוטנציאלית. כדי למצוא את פני האנרגיה הפוטנציאלית, נעשה שימוש במערכת של פונקציות פוטנציאליות הנקראות שדה הכוח.
אנו כותבים את האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת
E \u003d AEp + DE ^ + DESH + DE7 + AEe. (אחד)
כאן, DEg, DE^, DESH, DE7 ו-DEe הם פונקציות המאפיינות, בהתאמה, את העיוות של אורכי קשר כימיים, דפורמציה של זוויות קשר, עיוות של זוויות פיתול (דו-הדרלי), אינטראקציות לא ערכיות (בין אטומים לא קשורים כימית) , ואינטראקציה אלקטרוסטטית.
משטח האנרגיה הפוטנציאלי של המערכת בשיטות של מכניקה מולקולרית תלוי בפרמטרים הגיאומטריים הפנימיים של המולקולה ובאינטראקציות בין-מולקולריות בהשתתפותה. כל סטייה של פרמטרים גיאומטריים מהערכים הנוחים ביותר מבחינה אנרגטית, הנקראים שיווי משקל, מובילה לעלייה באנרגיה הפוטנציאלית. שיטות המכניקה המולקולרית לוקחות בחשבון גם אינטראקציות בין-מולקולריות, אותן ניתן לחשב תוך התחשבות בפיזור ואינטראקציות קוטביות.
הבה נכתוב בנפרד כל מרכיב של האנרגיה הפוטנציאלית. אנו מייצגים את האנרגיה DEd של מתיחה ודחיסה של הקשר בין האטומים A ו-B כהרחבת האנרגיה הפוטנציאלית של מולקולה דיאטומית בסדרת טיילור בקרבת נקודת שיווי המשקל Do. הגבלת הסדרה לקדנציה השלישית, יש לנו
LE 1 גרם! 2E o
AEYA \u003d E (0) + ^ (DAV - DAV) + (DAV - DAV) 2. (2)
בנקודה D = To, הגיאומטריה מתאימה למינימום האנרגיה, שביחס אליו מחושבות כל האנרגיות האחרות. לכן, ניתן לקחת ערך זה שווה לאפס, כלומר האיבר הראשון של התפשטות האנרגיה בסדרת טיילור E(0) = 0. האיבר השני של ההתפשטות שווה גם הוא לאפס, שכן הנגזרת הראשונה של הפונקציה בנקודת הקיצון שלה נעלמת. לפיכך, אנו מוצאים שהאנרגיה הפוטנציאלית תלויה במונחים השלישיים והגבוהים יותר של התרחבות הפונקציה בסדרה. כתוצאה מכך, ביטוי (2) לאנרגיית המתח של אורכי הקשר מקבל את הצורה
DED \u003d kAV (DDAV) 2, (3)
כאשר kAB הוא קבוע כוח המתאר את הנוקשות של הקשרים. חישוב אנרגיית המתח לפי נוסחה (3) אינו דורש זמן מחשב רב. במקרים שבהם למולקולות יש קשרים ארוכים והן חורגות מהישימות של נוסחה (3), ניתן להציג איבר נוסף בסדרה, פרופורציונלי ל- (DDAV) .
כדי לתאר את המונח השני בביטוי (1), אנרגיית המתח של זוויות הקשר, אפשר להשתמש גם בהרחבה בסדרת טיילור. אנו מגבילים את עצמנו למונח ריבועי, ולאחר מכן הביטוי עבור DEv
DE^ = kABC (D^AB°)2,
כאן kABC הוא קבוע כוח העיוות של הזווית, שניתן למצוא מספקטרום הרטט של מולקולות. באשר לאנרגיית המתח של אורכי קשר, במקרים מסוימים הרחבת סדרת טיילור מסתיימת בתנאים מסדר גבוה יותר.
יש לציין שבגרסאות המוקדמות של שדות כוח, נלקחו בחשבון רק פונקציות דפורמציה של אורך הקשר ועיוות זווית הקשר, ששימשו לחישוב אנרגיות פוטנציאליות ללא אופטימיזציה של גיאומטריה. שדות כוח מודרניים כוללים יותר סוגים שונים של פונקציות פוטנציאליות, מה שמאפשר לקבל נתונים מחושבים הקרובים לאלו ניסיוניים.
החשוב ביותר מבין פונקציות כאלה הוא אנרגיית העיוות של זוויות פיתול. זוויות פיתול מתארות את הסיבוב הפנימי של מולקולות סביב קשרים, ולכן הן פונקציות מחזוריות. בהתאם לכך, האנרגיה הפוטנציאלית היא פונקציה מחזורית של זוויות הפיתול ^aBCD, ולכל זווית ^aBCD ניתן לייצג אותה כהרחבת סדרת פורייה
AEsh = "y I1 + cos("-^abcd)]
ב-n = 1, תקופת הסיבוב היא 360°, ב-n = 2 - 180° וכו'. ערכי Un קובעים את גובה מחסום הסיבוב ביחס ל חיבורי C-D. במולקולות מסוימות, עבור ערכים מסוימים של n, הערכים של Un יכולים להיות שווים לאפס.
אינטראקציות לא ערכיות מחושבות כסכום האנרגיה הדוחה ואנרגיית המשיכה של אטומים. הדחייה מתרחשת במרחקים קצרים וניתן לבטא אותה כמונח כוח של מרחק (r-12) או בצורה אקספוננציאלית (e-ar). השימוש בפונקציה האקספוננציאלית מוביל לעובדה שפוטנציאל הזוגות הכולל של האינטראקציה של בקינגהאם-היל נוטה ל-x ב-r ^ 0. בנוסף, חישובי אנרגיה מולקולרית הכוללים פונקציות מעריכיות תובעניים יותר מבחינה חישובית. המשיכה של אטומים ניטרליים זה לזה במרחקים גדולים נובעת מכוחות פיזור, שמרכיב האנרגיה העיקרי שלהם פרופורציונלי ל-(r-6). לכן, ניתן לכתוב DE7 באופן הבא:
כאשר r הוא המרחק בין אטומים בלתי קשורים בערכיות; k^ הוא פרמטר אמפירי המאפיין את עוצמת האינטראקציה (עומק הבאר הפוטנציאלית); מקדם 2 - קבוע שנבחר אמפירית.
אורז. 1. סידור וקטורים בחישוב הפוטנציאל האלקטרוסטטי שנוצר על ידי מולקולת LB דיאטומית בנקודה P
התפלגות המטען במולקולה המורכבת מאלקטרונים וגרעינים אינה אחידה. הבה ננתח תחילה את השדה החשמלי הקבוע שנוצר על ידי המולקולה על ידי הצבת מרכז המסה של המולקולה הדיאטומית AB עם המטענים wx ו-w, מרוכזים באטומים בנקודות -rA ו-+zw, במקור הקואורדינטות (איור .1). הפוטנציאל האלקטרוסטטי שנוצר על ידי המולקולה בנקודה P שווה ל (eo - קבוע חשמלי)
4peL tl tp
_ (t2 + g "L + 2tzA
(t2 + g "V - 2tzv
4neot (1 + ^l / t) 2 + 2 (l / t) ssv)1/2 (1 + (gv / t) 2 - 2 (gv / t) ssv) 1/2 /
הרחבת ביטוי (4) בסדרת כוח טיילור במרחקים הדדיים, בתנאי ש-hl ^ t ו-+zv ^ t, נקבל
(3 ss in - 1) + ...
לפיכך, בנקודה P, הפוטנציאל האלקטרוסטטי הוא סכום התרומות הקשורות במומנטים האלקטרוסטטיים של המולקולה: i = ir + exp (המטען הכולל של המולקולה), ^ = irzi l + Rabzi s (מומנט דיפול), וכדומה. במקרה של קירוב רב-קוטבי ניתן לייצג את אנרגיית האינטראקציה האלקטרוסטטית כסדרה אינסופית, כולל אינטראקציות זוגיות: מטען-מטען, מטען-דיפול, דיפול-דיפול וכו', וכל איברי הסדרה תלויים ב תארים שוניםמרחק הדדי בין מולקולות. בהתאם, התרומה העיקרית לאנרגיה
אינטראקציה אלקטרוסטטית נותנת את המונח מונופול-מונופול (מונח ההרחבה הראשון). אם מגבילים את עצמנו לקחת בחשבון רק אינטראקציה זו, אנו יכולים לייצג את האנרגיה DEe על ידי חוק קולומב:
כדי לקחת בחשבון את האינטראקציה בין מטענים ובין רב-קוטביים של מערכות, יש צורך לדעת את המטענים האפקטיביים של אטומים, את מומנטי הדיפול של קבוצות אטומים וקשרים כימיים. מציאתם היא בעיה עצמאית, ולמען האמת, ניתן לבצע רק במסגרת שיטות כימיות קוונטיות. בשיטות של מכניקה מולקולרית, נעשה שימוש בסכימות מפושטות למטרות אלה, המבוססות על מושגי כימיה קוונטית אמפירית. בשיטות הנפוצות ביותר של מכניקה מולקולרית, אנרגיה אפס נחשבת לאנרגיה של מערכת מולקולרית במצב סטנדרטי מסוים, עבורה נקבעים אורכי קשר שיווי המשקל, זוויות הקשר ופיתול, ואין אינטראקציות בין מולקולריות. כל סטייה של המערכת המולקולרית מהמצב הסטנדרטי גורמת לעלייה באנרגיה כאשר המערכת מעוותת, או לירידה עקב אינטראקציות בין-מולקולריות. הנחה חשובה המשמשת בשיטות של מכניקה מולקולרית היא יכולת ההעברה של כל הפונקציות הפוטנציאליות ממולקולה למולקולה. המשמעות היא שלקשרים מאותו סוג יש את אותם מאפיינים בכל המולקולות שבהן הם נמצאים. ברוב המקרים, קירוב זה מספק, אך ניתן להפר אותו, למשל, במקרה של אינטראקציות חזקות בין קשרים.
המשימה של חבילת התוכנה המיישמת את שיטת המכניקה המולקולרית היא למצוא את המבנה והאנרגיה האופטימליים המתאימים למודל מכני נתון. קובץ הקלט מציין את הגיאומטריה הראשונית של המערכת בצורה של קואורדינטות קרטזיות או פנימיות של אטומים, המציין את היחסים ביניהם.
ניתן לבנות את אלגוריתם החישוב לפי שיטת המכניקה המולקולרית באופן הבא: בשלב הראשון נקבעים אורכי הקשר, הערכיות וזוויות הפיתול במודל הגיאומטריה ההתחלתית. באמצעות הערכים שהתקבלו, מחשבים את האנרגיה הסטרית: סכום האנרגיות הפוטנציאליות המחושבות עבור כל הקשרים, זוויות ערכיות ופיתול, זוגות של אטומים לא קשורים. מכיוון שכל שאר הגורמים נשארים קבועים במהלך אופטימיזציה של המבנה, די למצוא את המינימום של אנרגיה סטרית.
חבילות תוכנה מודרניות מאפשרות לך לבחור את השיטה שבה יתבצע אופטימיזציה של גיאומטריה. הנפוצות ביותר הן שיטת הירידה התלולה ביותר ושיטת ניוטון-רפסון. במקרה הראשון, הכוחות הפועלים על האטומים נקבעים בשיטת ההפרש הסופי, שבה, כדי למצוא את הגרדיאנט בנקודה נתונה על העקומה, מחשבים תחילה את האנרגיה בה (איור 2). לאחר מכן, לאחר שינוי הגיאומטריה בערך δ, חישוב האנרגיה חוזר על עצמו. הפרש האנרגיה 6E בשתי נקודות משמש למציאת הגרדיאנט בשיטת ניוטון-ראפסון, הנגזרת הראשונה והשנייה של האנרגיה נמצאות בצורה אנליטית על סמך הפרמטרים הגיאומטריים של המערכת. הערכים של הנגזרות השניות, או קבועי הכוח, משמשים כדי לקבוע את מיקום המינימום, מכיוון שהם קובעים את העקמומיות של הפונקציה הפוטנציאלית.
מכיוון שהתרומה העיקרית למטריצת קבועי הכוח נעשית על ידי הנגזרות השניות של האנרגיה ביחס לקואורדינטות של אטומים בודדים, שאר המונחים יכולים להיות
אורז. 2. מציאת הכוחות הפועלים על אטומים בשיטה של הבדלים סופיים
הַזנָחָה. לאחר מכן, במקום לחשב את המטריצה המלאה, בגודל 3n x 3p, אפשר לחשב רק 9n אלמנטים של מטריצת קבועי הכוח. בעבודה הנוכחית נעשה שימוש בשיטה זו באלכסון בלוקים, שאינה דורשת הוצאות גדולות של זמן מחשב. עם זאת, יש לקחת בחשבון שמידע על אופי המשטח הפוטנציאלי הולך לאיבוד במקרה זה.
ההתכנסות הושגה לאחר שהנגזרות הראשונות של האנרגיה ביחס לקואורדינטה מתקרבות לאפס במהלך תהליך האופטימיזציה, והאנרגיה והמבנה של המולקולה נשארים קבועים במעבר לאיטרציה הבאה. בדרך זו התקבלו ערכי האנרגיה הסופיים והפרמטרים הגיאומטריים של המולקולה. למרבה הצער, שיטות המכניקה המולקולרית אינן מאפשרות לנו לחשב את תדרי הרטט של המערכת. בעבודה זו, הם חושבו בשיטת PM3 הסמי-אמפירית המבוססת היטב.
תוצאה מרכזית. מודלים של אשכולות מאפשרים לדמות את פני השטח של גביש על ידי מערכת של מספר סופי של אטומים השייכים למשטח עצמו ולמישורים האטומיים הקרובים ביותר אליו. השימוש במודל האשכולות מאפשר להשתמש בחבילות תוכנה שפותחו לחישוב מולקולות, אולם הוא מצריך בחירה קפדנית הן של האשכול המולקולרי עצמו והן בסביבתו. בהתאם לשיטה הנבחרת, חישובים במסגרת מודל האשכול עשויים לדרוש משאבי חישוב משמעותיים. למרבה הצער, התוצאות המתקבלות תלויות באופן קריטי בגודל האשכול. עם זאת, מודל האשכול יכול לתת מידע שימושי, אם קבוצת האטומים הכלולה בצביר נבחרה כראוי ומנתחת השפעת גודל האשכול על התוצאות.
גביש MgO שנחקר היטב מבחינה ניסויית ותיאורטית נבחר כמושא המחקר לבדיקת הטכניקה. הבנת הכימיה של האינטראקציה של תחמוצות עם מים חשובה מאוד לתהליכים תעשייתיים וסביבתיים שונים. תחמוצות רבות משמשות כזרזים או תומכים בקטליזה הטרוגנית. בהתאם למערכת, אינטראקציה עם מים יכולה לשפר או לפגוע בתכונות הקטליטיות של חומרים אלה. תחמוצת מגנזיום היא זרז ידוע והמרכיב העיקרי
מספר רב של מינרלים. הוא משמש בדרך כלל כמודל לחקר תהליכים ממשקיים המתרחשים על פני תחמוצות. יש לו סריג מעוקב במרכז פנים הדומה לסריג ^C1, שהוא חילוף פשוט של יונים בעלי מטען שונה, ולכן MgO הוא תחמוצת יונית.
נלקחו דגמי אשכולות שונים המכילים בין 9 ל-324 אטומי תחמוצת מגנזיום. כדי לקחת בחשבון את ההשפעה של משטח תחמוצת המגנזיום על מולקולת המים הנספגים, נשקלו שכבות פני השטח בעלות ממדים , , , . מספר השכבות הללו נע בין 1 ל-4. כגיאומטריה הראשונית נעשה שימוש בצביר סימטרי עם מרחק בין-אטומי של 2 A. בחירת המודל של שכבת האשכול העילי השפיעה על תוצאות הסימולציה. כאשר לומדים את האינטראקציה של שכבה אחת 1, 1, !, ! עם מולקולת מים, נצפה עיוות חזק של אטומי השטח. כבר עבור מודל האשכולות של שתי שכבות, חל התייצבות ניכרת של הגיאומטריה, המשתנה באופן לא משמעותי עם הגדלת השכבות. אטומי החמצן של שכבת פני השטח בולטים מעל פני השטח (0.24 A לשתי שכבות ו-0.17 A לארבע שכבות). ברור שהעיוות של מבנה הגביש מורגש יותר בקצוות של האשכול; לכן, בתחילת האופטימיזציה, מולקולת המים הוצבה תמיד מעל מרכז האשכול. המרחק בין פני השטח לאטום החמצן של מולקולת המים היה 2 A.
אורז. 3. מולקולת מים מעל צביר M^O
בתהליך של אופטימיזציה של גיאומטריה, מולקולת המים נעה בחופשיות בשדה הפוטנציאלי, תחילה נדחתה מפני השטח ולאחר מכן קבעה את מיקום שיווי המשקל. תצורת שיווי משקל חיובית מבחינה אנרגטית הושגה בנקודה שבה אטום החמצן של המים היה ממוקם מעל אטום המגנזיום של פני השטח במרחק של 3.0-3.2 Å. עם עלייה במודל האשכול, מרחק זה מתכנס לערך של 3.01 Å (איור 3). זה מתאים היטב למרחק המקביל לנקודת הקיצון של פני השטח הפוטנציאליים של האינטראקציה של מולקולת מים עם גביש תחמוצת מגנזיום, המחושב בשיטת הפונקציונלית של צפיפות האלקטרונים. הגיאומטריה של מיקום מולקולת המים הנספגים המתקבלת כתוצאה מאופטימיזציה
על פני דגמי מקבץ שונים של פני השטח, כלומר, אטום החמצן של המים על פני קטיון המגנזיום האלקטרו-פוזיטיבי, מצביע על מנגנון אלקטרוסטטי של אינטראקציה של מולקולת המים הקוטבית עם פני השטח, אשר מועבר היטב במסגרת שדה כוח זה. באמצעות גישה זו, אי אפשר לשקול את המנגנון הספציפי של אינטראקציה של מים עם פני השטח עם אפשרות להיווצרות קשרי מימן, כפי שנעשה בעבודה בשיטת הפונקציונלית של צפיפות האלקטרונים. שיטת שדה הכוח דורשת הרבה פחות משאבי מחשוב, ולכן ניתן לבצע את החישוב של מערכות כאלה בחבילות תוכנה מיוחדות אפילו במחשב אישי ממוצע. לפיכך, נדרשו כ-50,000 איטרציות ו-20 דקות של זמן מחשב להגיע לקצה הקיצוני של מערכת 4, ו-12 דקות למערכת 2. לשם השוואה, חישוב קוונטי-מכני דומה של מערכת 2 לוקח 933 שעות, יותר מ-38 ימים במחשוב מקביל על 4 ליבות. מהנתונים בטבלה, ניתן לראות כיצד מולקולת מים לא קשיחה מתעוותת מעל פני השטח. המבנה הגיאומטרי האופטימלי של המולקולה נשאר כמעט ללא שינוי. לדגמי אשכולות שונים אין כמעט השפעה על תדירות רטט המתיחה הסימטרי של מולקולת המים.
גיאומטריית שיווי המשקל של המערכת (A) ותדירות הרטט הסימטרי H20 (ס"מ-1)
דגם r-(Me-On2o) r(O-Hx) r(0-H2)
גיאומטריה ראשונית
2.00000 1.01980 1.01980 107.896
אֶשׁכּוֹל
3.49301 0.97987 0.97987 104.49 3717.45
[3 x 3] 2 3.29203 0.97996 0.97994 104.52 3716.72
[ЗхЗ]4 3.22047 0.97999 0.97997 104.51 3716.44
אֶשׁכּוֹל
1 3.66293 0.97981 0.97986 104.52 3717.82
2 3.20592 0.97979 0.97985 104.49 3717.92
4 3.07547 0.97990 0.97994 104.51 3716.93
אֶשׁכּוֹל
1 3.16073 0.97996 0.97995 104.50 3716.67
2 3.07384 0.97996 0.97997 104.51 3716.54
4 3.04852 0.97997 0.97998 104.51 3716.49
אֶשׁכּוֹל
1 3.14394 0.98003 0.97993 104.49 3716.37
2 3.01869 0.97993 0.97994 104.49 3716.43
4 3.01557 0.98001 0.98002 104.52 3716.11
סיכום. מוצג כי במסגרת שדה כוח, באמצעות מודל האשכולות של שכבת פני השטח, ניתן לשקול את תהליכי ספיחת מולקולות המים על פני השטח. הזמן המשוער למערכות עם מספר רב של אטומים אינו תואם את הזמן הנדרש בחישובים מכאניים קוונטיים והוא פרופורציונלי לכמה עשרות דקות. באמצעות מודל זה, גיאומטריית שיווי המשקל של המערכת והאינטראקציות האלקטרוסטטיות משוחזרות היטב, מה שחשוב למולקולת מים בעלת מומנט דיפול ולשטח של תחמוצות מתכת המורכבות מיונים בעלי מטען שונה. עם זאת, במסגרת המודל הזה, אי אפשר לקחת בחשבון אינטראקציות ספציפיות, כגון קשרי מימן, שהן די סבירות עבור מערכת זו. כדי לתת את הדעת עליהם, יש צורך לבצע חישובים במסגרת
מכניקת הקוונטים, תוך התחשבות בביטול מיקום אלקטרונים ואינטראקציות לטווח קצר.
סִפְרוּת
1. Ermakov A. I. מכניקת קוונטים וכימיה קוונטית: ספר לימוד. קצבה. מוסקבה: יורייט, 2010. 555 עמ'.
2. Clark T. Computer Chemistry: Prakt. מדריך לחישוב המבנה והאנרגיה של המולקולה / ל. מאנגלית. א א קורקינא ; ed. V. S. Maistryukova, Yu N. Panchenko. מ.: מיר, 1990. 383 עמ'. (קלארק טי. ספר לכימיה חישובית.)
3. V. G. Tsirelson, כימיה קוונטית. מולקולות, מערכות מולקולריות ומוצקים. מ.: BINOM, 2010. 496 עמ'.
4. קפלן I. G. אינטראקציות בין מולקולריות. פרשנות פיזית, חישובי מחשב ופוטנציאל מודל. מ.: BINOM, 2012. 394 עמ'.
5. קפלן I. G. מבוא לתורת האינטראקציות הבין-מולקולריות. מוסקבה: נאוקה, צ'. ed. פיזי.-מתמטיקה. ליט., 1982. 312 עמ'.
6. Rogers D. כימיה חישובית באמצעות המחשב האישי. אד. 3. הובוקן, ניו ג'רזי: John Wiley & Sons, 2003. 363 p.
7. M. E. Bedrina, N. V. Egorov, and V. A. Klemeshev, "מודלים ננו-מבנים על מערכת מחשבים בעלת ביצועים גבוהים," Vestn. סנט פטרסבורג. אוּנִיבֶרְסִיטָה סר. 4: פיזיקה, כימיה. 2010. גיליון. 4. ג' 136-140.
8. Stewart J. J. P. אופטימיזציה של פרמטרים לשיטות סמי-אמפיריות. I. Method // Journal of Computational Chemistry. 1989 כרך 10, מס' 2. עמ' 209-220.
9. Bandura A. V., Sykes D. G. ספיחה של מים על TiO2 (Rutile) (110) משטח: השוואה של חישובי אשכול מחזוריים ומשובצים // J. Phys. Chem. B 2004. כרך. 108, מס' 23. עמ' 7844-7853.
10. Fox H., Gillan M. J., Horsfield A. P. שיטות לחישוב קצב הספיחה של מולקולה מבודדת ממשטח: Water on Mg0(001) // Surface Science. 2007 כרך 601. עמ' 5016-5025.
11. Bellert D, Burns K. L., Wampler R. e. א. קביעה מדויקת של אנרגיית היינון של מולקולת MgO // Chem. פיזי. Lett. 2000 כרך 322. עמ' 41-44.
12. I. V. Abarenkov, V. M. Tretyak, ו-A. V. Tulub, "על מנגנון הניתוק של מולקולות מים על פני השטח (100) של גביש MgO במודל של זוג פוטנציאל אב initio," Khim. פיזיקה. 1985. ו' 4, מס' 4. ש' 974-980.
13. N. V. Egorov, V. P. Denisov, and M. S. Ermoshina, "מודל של האינטראקציה של חלקיק טעון עם פני השטח של אלקטרודה בעלת תצורה מורכבת," J. Surface. 2005. מס' 7. ג' 60-63.
14. A. V. Raik, N. V. Egorov, and M. E. Bedrina, "מודלינג של פוטנציאל אינטראקציה בין-מולקולרית," Vestn. סנט פטרסבורג. אוּנִיבֶרְסִיטָה סר. 10: מתמטיקה יישומית, אינפורמטיקה, תהליכי בקרה. 2012. גיליון. 3. ש' 79-87.
15. A. V. Raik ו M. E. Bedrina, "מודל של תהליך ספיחת מים על פני השטח של גבישים," Vestn. סנט פטרסבורג. אוּנִיבֶרְסִיטָה סר. 10: מתמטיקה יישומית, אינפורמטיקה, תהליכי בקרה. 2011. גיליון. 2. ש' 67-76.
פרטי התקשרות
Rayk Aleksey Vladimirovich - סטודנט לתואר שני; אימייל: [מוגן באימייל]
קלמשב ולדימיר אלכסייביץ' - מועמד למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, פרופסור חבר; דוא"ל: v. [מוגן באימייל] he
Raik Aleksey Vladimirovich - סטודנט לתואר שני, St. אוניברסיטת פטרבורג, סנט פטרסבורג, 199034 פטרבורג, הפדרציה של רוסיה; אימייל: [מוגן באימייל]
קלמשב ולדימיר אלכסייביץ' - מועמד למדעי הפיזיקה והמתמטיקה, פרופסור חבר, St. אוניברסיטת פטרבורג, סנט פטרסבורג, 199034 פטרבורג, הפדרציה של רוסיה; אימייל: [מוגן באימייל]
פֶּרֶקII.6.1.
מכניקה מולקולרית (MM)
בחירת תפריט להכיןנקודה המקבילה למכניקה מולקולרית, מאפשרת לך להשתמש בשיטה הניוטונית הקלאסית לחישוב האנרגיה של נקודה בודדת, גיאומטריית שיווי משקל ודינמיקה מולקולרית של עצמים במקום בגישה מכאנית קוונטית (אחת מהשיטות הסמי-אמפיריות או ה- Ab initio Hartree- שיטת Fock ( ab initio)).
בשיטת המכניקה המולקולרית, אטומים נחשבים כחלקיקים ניוטונים המקיימים אינטראקציה זה עם זה דרך שדות פוטנציאליים מסוימים המוגדרים באופן אמפירי. האנרגיה הפוטנציאלית של אינטראקציה תלויה באורך הקשר, זוויות הקשר, זוויות הפיתול ואינטראקציות לא קוולנטיות (כולל כוחות ואן דר ואלס, אינטראקציות אלקטרוסטטיות וקשרי מימן). בחישובים אלה, הכוחות הפועלים על אטומים מיוצגים כפונקציות של הקואורדינטות האטומיות.
הערה: אם נבחר רק חלק מהמערכת בסביבת העבודה, רק האינטראקציות של החלק הנבחר ייכללו בחישוב. בעת אופטימיזציה של הגיאומטריה וחישוב בשיטת הדינמיקה המולקולרית, במקרה זה, רק האטומים של החלק הנבחר ישנו את מיקומם במרחב, ואילו הלא-נבחרים לא ישנו, בעוד האינטראקציות הפוטנציאליות בין חלקי המערכת ישנו להילקח בחשבון בחישובים.
כדי להתחיל חישובים בשיטה של מכניקה מולקולרית, בתיבת הדו-שיח, בחר שדה כוח(שדה כוח ) -פונקציה פוטנציאלית לחישובים. אתה יכול לבחור מבין ארבע שיטות ( MM+, עַנבָּר, BIO+, OPLS), קישורים אליהם ניתן לראות בתיבת הדו-שיח.
שיטה MM+פותח עבור מולקולות אורגניות. הוא לוקח בחשבון את השדות הפוטנציאליים שנוצרים על ידי כל האטומים של המערכת המחושבת ומאפשר שינוי גמיש של פרמטרי החישוב בהתאם למשימה הספציפית, מה שהופך אותו, מצד אחד, לכללי ביותר, ומצד שני, זה באופן דרמטי. מגדיל את המשאבים הנדרשים בהשוואה לשיטות אחרות של מכניקה מולקולרית. ניתן לגשת למספר אפשרויות לשינוי הפרמטרים של שיטה זו על ידי לחיצה על הכפתור אפשרויותבנקודת הבחירה שדה כוח.
שיטה עַנבָּרמיועד לחלבונים ו חומצות גרעין. זה מאפשר לך לבחור את האפשרות של חשבון כל האטומים בנפרד, או את האפשרות של אטום משולב, כלומר קבוצה של אטומים שוות ערך עם אותן תכונות. במקרה האחרון, מתייחסים למספר אטומים, או קבוצות שלהם, כאטום אחד עם אותו סוג.
BIO+פותחה עבור מקרומולקולות ביולוגיות וחוזרת במידה רבה על AMBER.
OPLSמיועד לחלבונים וחומצות גרעין. זה דומה לאמבר אבל מטפל באינטראקציות לא קוולנטיות בצורה מדויקת יותר.
תיבת דו-שיח אפשרויות מכניקה מולקולרית MM+
תיבת הדו-שיח MM+ מכילה קבוצה של הגדרות עבור שדה הכוח המתאים.
אלקטרוסטטיקה (אלקטרוסטטיקה) אינטראקציות אלקטרוסטטיות לא קוולנטיות מחושבות באמצעות אינטראקציות מסוג דיפול או מטענים אטומיים חלקיים.
Ö דיפולי קשר משמשים לחישוב אינטראקציות אלקטרוסטטיות לא קוולנטיות. הערך של פרמטר זה מוגדר בקובץ הפרמטרים MM+.
Ö מטענים אטומיים משמשים לחישוב אינטראקציות אלקטרוסטטיות לא קוולנטיות. ניתן להגדיר מטענים אטומיים לא שלמים (חלקיים) דרך התפריט לִבנוֹת , נקודה הגדר תשלוםאו שאתה יכול לעשות חישובים סמי-אמפיריים או א-initio על ידי חישוב תחילה של המטענים החלקיים עבור כל אטום בשיטת Mulliken.
חתכים (לכבות) פרמטר זה מגדיר את המרחק המינימלי לאינטראקציות לא קוולנטיות.
Ö Switched מציג פונקציית החלקה בעת חישוב מולקולות פנימה קופסה תקופתית (קופסה תקופתית ). גישה זו מאפשרת לצמצם בצורה חלקה אינטראקציות חלשות עד לאפס, תוך מעבר מהספירה הפנימית אל החיצונית. במקרה הזה HyperChem מגדיר את הפרמטר Switched ואת הערכים של הפנימי ( פְּנִימִי) וחיצוני ( חִיצוֹנִי) ספירות ( ספירות).
על אחד . הפרמטר זה מוגדר לחישוב מערכות בוואקום.
Ö Shifted מציגה פונקציית החלקה הפועלת על כל החלל מ-0 ועד לכדור החיצוני. פונקציה זו מאפשרת לך לצמצם בצורה חלקה אינטראקציות לא קוולנטיות ל-0.
Ö הרדיוס החיצוני עבור הפרמטרים Switched ו- Shifted קובע את המרחק המינימלי שבו אינטראקציות לא קוולנטיות הופכות ל-0. בדרך כלל, ערך זה נבחר לפחות 4 אנגסטרמים יותר מהרדיוס הפנימי. עבור תנאי גבול תקופתיים, ערך זה שווה למחצית הגודל המינימלי של התיבה המחזורית.
Ö הרדיוס הפנימי נבחר רק אם מוגדרים חיתוכים מתוגדים. זהו המרחק הבין-אטומי המקסימלי כדי להסביר באופן מלא אינטראקציות לא קוולנטיות. במקרה של בחירת תנאי גבול תקופתיים, ערך זה נבחר להיות 4 אנגסטרם פחות ממחצית הגודל המינימלי קופסה תקופתית , או פחות, עד 0. שימו לב, הגדרות חתכיםלחזור לערכים הסטנדרטיים שלהם כאשר מולקולה חדשה מונחת בשדה העבודה.
תיבת הדו-שיח של אפשרויות שדה כוח
חלון זה משמש לבחירת הפרמטרים של שדות הכוח עַנבָּר, BIO+ו OPLS. HyperChem מאחסן את הערכים של פרמטרים אלו, למעט פרמטרי Cutoffs, ברישום או בקובץ chem..ini ומשתמש בהם לחישובים הבאים.
רשותיות דיאלקטריות (אפסילון) (ד וקבוע חשמלי). פרמטרים קבוע (קָבוּעַ ) או תלוי מרחק (תלוי במרחק) להגדיר שיטות לחישוב הקבוע הדיאלקטרי אפסילון, גורם המשנה את האינטראקציה של מטענים (ופוטנציאל אלקטרוסטטי).
Ö קבוע (קָבוּעַ ). הבחירה בפרמטר זה הופכת את הקבוע הדיאלקטרי לקבוע ומתאים לתנאי הגבול המחזוריים קופסה תקופתית . הבחירה בפריט זה מתאימה לחומר שנמצא בשלב הגז, או בפתרון אידיאלי.
Ö תלוי מרחק (תלוי במרחק). בחירה בפרמטר זה הופכת את האפסילון לפרופורציונלי למרחק הבין-אטומי. גישה כזו מתקרבת להשפעת הפתרון בהיעדר ממס אידיאלי ומאפשרת להאיץ את החישובים. פרמטר זה מומלץ לשימוש בחישובים לפי השיטה OPLS. מכיוון שפרמטר זה מדגמן את נוכחותו של ממס, אין להשתמש בו כאשר מולקולות ממס קיימות במערכת המדומה.
אם תבחר בפרמטר Constant epsilon ( אפסילון)=(קבוע דיאלקטרי של שטח פנוי) * (גורם קנה מידה( גורם קנה מידה)). אם הפרמטר אפסילון תלוי במרחק ( אפסילון)=(קבוע דיאלקטרי של שטח פנוי) * (גורם קנה מידה( גורם קנה מידה)) * (מרחק בין אטומי). גורם קנה המידה חייב להיות >=1. כברירת מחדל, הוא נלקח שווה ל-1, אשר מספק עבור רוב המערכות המחושבות.
גורם סולם 1-4 ( גורם סולם 1-4) אינטראקציות לא קוולנטיות בין אטומים המופרדים בשלושה קשרים בדיוק מוכפלים בגורם זה.
Ö אלקטרוסטטי (אלקטרוסטטיקה) משנה את חוזק האינטראקציה של מטענים בין אטומים המופרדים על ידי שלושה קשרים. פרמטר זה משתנה מ-0 ל-1. עבור שדה הכוח עַנבָּרו OPLSיש להשתמש ב-0.5, עבור BIO+ 1.0, 0.5 או 0.4 מומלץ בהתאם לקבוצת הפרמטרים האחרים.
Ö V an-der-Wals (ואן דר ואלס ) משנה אינטראקציות של ואן דר ואלס בין אטומים המופרדים בשלושה קשרים, משתנה מ-0 ל-1. עבור שדה כוח עַנבָּריש להשתמש ב-0.5, 0.125 עבור OPLS, 1.0 עבור BIO+.
חתכים(גֶזֶר) קובע את המרחק שאחריו לא נלקחות בחשבון אינטראקציות לא קוולנטיות בין אטומים. יש להכניס אותו כדי להימנע מלקחת בחשבון את האינטראקציה עם השכנים בתקופה במקרה של חישובים ב קופסה תקופתית.