computational_chemistry-1.ppt

1、計(jì)算化學(xué)理論和應(yīng)用 第一講,2005.3.4 Computational Chemistry laboratory Beijing Normal university,Gaussian,Overlay1,Overlay9,10,11,99,L101,L102,L122,Overlay0,L0,L001,Gaussian 程序的結(jié)構(gòu) link0: 初始化程序，控制overlay link1: 讀入并處理Route Section，建立要執(zhí)行的link列表 link9999: 終止計(jì)算,Overlay99,L9999,定制內(nèi)存和硬盤(pán),-M- 2MW -#- MaxDisk=400MB Gaussi

2、an程序使用的內(nèi)存單位W 是雙精度字，相當(dāng)于8字節(jié) 2MW=16MB 設(shè)置方法： 將Default.r1文件改成default.rou,Gaussian03 程序界面,Preferences: 對(duì)Gaussian程序進(jìn)行初始化設(shè)置,自定義外部文字編輯器，用來(lái)打開(kāi).out文件 link.exe所在的文件夾 臨時(shí)文件存放文件夾,Gaussian程序界面和輸入文件的構(gòu)造,Gaussian03 圖形工具欄,開(kāi)始作業(yè) 暫停當(dāng)前作業(yè) 當(dāng)前l(fā)ink后暫停 終止當(dāng)前作業(yè)和批處理 恢復(fù)當(dāng)前作業(yè) 在當(dāng)前作業(yè)完成后終止批處理 終止當(dāng)前作業(yè) 編輯或建立批處理,批處理專用,打開(kāi)外部編輯器 編輯輸出文件,將.chk文件轉(zhuǎn)

3、換為.fch文件，這種 文件可以使用圖形軟件打開(kāi) 將.fch文件還原為.chk文件 從指定.chk文件中顯示作業(yè)的 route section和title 將.chk文件轉(zhuǎn)換成文本格式 將以前版本的Gaussian產(chǎn)生的 .chk文件轉(zhuǎn)換為G03的.chk文件,Gaussian03 程序工具,編輯批處理作業(yè)文件 轉(zhuǎn)換不同格式的分子結(jié)構(gòu)文件 讀取.fch文件中的數(shù)據(jù)并生成 三維空間網(wǎng)格圖 利用.chk文件中的分子軌道， 生成電子密度和靜電勢(shì)的空間 分布網(wǎng)格圖 從.chk文件中打印出頻率 和熱化學(xué)數(shù)據(jù),NewZmat工具界面,H2O分子單點(diǎn)計(jì)算后的.chk文件 轉(zhuǎn)換成.fch文件后，在Chem3D

4、 中所作分子軌道(HOMO)，電荷 密度和靜電勢(shì)空間分布圖,Gaussian 程序的輸入文件,% Section 設(shè)定作業(yè)運(yùn)行的環(huán)境變量 Route Section 設(shè)定作業(yè)的控制項(xiàng) Title 作業(yè)題目 電荷與自旋多重度 Molecule Specification 分子說(shuō)明,%chk=water.chk % Section： 行首以%開(kāi)始，段后無(wú)空行 %rwf=water.rwf #p hf/6-31g scfcyc=250 scfcon=8 Route Section：行首以#開(kāi)始，段后加空行 Water title：作業(yè)的簡(jiǎn)要描述，段后加空行 0 1 Molecular Specifi

5、cation： O 分子說(shuō)明部分，段后通常加空行 H 1 R1 H 1 R1 2 a1 R1=1.04 a1=104.0,Gaussian作業(yè)的格式,% Section(link 0),定義計(jì)算過(guò)程中的臨時(shí)文件 %chk=name.chk .chk文件在計(jì)算中記錄分子幾何構(gòu)型，分子軌道，力常數(shù)矩陣等信息 %rwf=name.rwf .rwf文件主要在作業(yè)重起時(shí)使用，當(dāng)計(jì)算量比較大時(shí)，.rwf文件通常會(huì)非常大，此時(shí)需要將 之分割保存 %int=, %d2e=name.d2e .int文件在計(jì)算過(guò)程中存儲(chǔ)雙電子積分, .d2e文件在計(jì)算過(guò)程中存儲(chǔ)雙電子積分的二階導(dǎo)數(shù) 內(nèi)存使用控制

6、%mem=n 控制運(yùn)行過(guò)程中使用內(nèi)存的大小,可以以W或者M(jìn)B，GB為單位 default：6000000W48MB 綜合考慮到計(jì)算的需要和硬件水平，內(nèi)存并非給得越多越好，最有效率的方法是 根據(jù)作業(yè)類型估算所需要內(nèi)存的大小,不同作業(yè)使用內(nèi)存的估算方法,M + 2NB2 M：不同類型作業(yè)需要的最小內(nèi)存， NB ：計(jì)算所使用基函數(shù)的數(shù)目,作業(yè)類型 f g h i j SCF能量 4 MW 4 MW 9 MW 23 MW 60 MW SCF梯度 4 MW 5 MW 16 MW 38 MW SCF振動(dòng)分析 4 MW 9 MW 27 MW MP2能量 4 MW 5 MW 10 MW 28 MW 70 MW

7、 MP2梯度 4 MW 6 MW 16 MW 38 MW MP2振動(dòng)分析 6 MW 10 MW 28 MW,Route Section,Route Section以# 開(kāi)始，# 控制作業(yè)的輸出 #N 正常輸出；默認(rèn) (沒(méi)有計(jì)算時(shí)間的信息) #P 輸出更多信息。包括每一執(zhí)行模塊在開(kāi)始和結(jié)束時(shí)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有關(guān)的各種 信息 (包括執(zhí)行時(shí)間數(shù)據(jù)，以及SCF計(jì)算的收斂信息) #T 精簡(jiǎn)輸出：只打印重要的信息和結(jié)果。 Route Section主要由方法，基組，任務(wù)類型三部分組成 方法與基組后續(xù)課程專門(mén)介紹 Gaussian程序能完成的任務(wù)類型：,Gaussian 程序中的部分關(guān)鍵詞,Guess,Gues

8、s Guess=read Guess=mix Guess=alter,SCF,SCFCYC=n default=64 SCFCON=n SCFDM SCF=DM SCFQC SCF=QC direct (default),opt,優(yōu)化平衡態(tài) opt=z-matrix 優(yōu)化過(guò)渡態(tài) opt=(ts,z-matrix,noeigentest) optcyc=n Iop(1/8=6),freq,Freq=noraman Freq=ReadIsotopes,Route Section采用自由格式，大小寫(xiě)不敏感 同一行不同項(xiàng)之間可以使用空格，逗號(hào)和“/”連接； 例：#p hf/6-31g scfcyc=2

9、30 scfcon=8 #p,hf/6-31g,scfcyc=230,scfcon=8 關(guān)鍵詞可以通過(guò) keyword =option,keyword(option), keyword=(option1, option2, .)，keyword( option1, option2, .)指定 例：#p HF/STO-3G opt #p HF/STO-3G opt=(TS,readfc),Title部分必須輸入，但是程序并不執(zhí)行，起標(biāo)識(shí)和說(shuō)明作用,Title Section,Charge & Multipl.,輸入分子的電荷和自旋多重度 例： 電荷 多重度2s+1 H2O 0 1 H3O+ 1

10、1 NO 0 2 O2 0 2 電荷多重度部分通常也算作分子說(shuō)明,Molecular Specification,分子說(shuō)明部分主要用來(lái)定義分子核相對(duì)位置 分子核相對(duì)位置可以用笛卡爾坐標(biāo)，內(nèi)坐標(biāo)(Z-matrix)，或者是二者混合 表示 笛卡爾坐標(biāo)是內(nèi)坐標(biāo)的一種特殊形式 分子坐標(biāo)的格式為: 元素符號(hào), x, y, z 元素符號(hào) (n) 原子1 鍵長(zhǎng) 原子2 鍵角 原子3 二面角 格式代碼 (0,180) 以原子在分子中的序數(shù)表示 通過(guò)右手規(guī)則確定,例1：使用HF方法，優(yōu)化 H2O2分子,%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy

11、 calculation 0 1 H O 1 0.9 O 2 1.4 1 105.0 H 3 0.9 2 105.0 1 120.0,%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 0 1 H 0.000 0.0000.000 O 0.000 0.9000.000 O 1.350 1.2620.000 H 1.464 1.742-0.752,內(nèi)坐標(biāo)表示 笛卡爾直角坐標(biāo)表示 上述兩個(gè)作業(yè)將對(duì)H2O2分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行完全優(yōu)化，包括所有的鍵長(zhǎng)鍵角和二面角。 通過(guò)將內(nèi)坐標(biāo)定義成變量，可以對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分優(yōu)化,%ch

12、k=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 0 1 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1 r1=0.9 r2=1.4 a1=105.0 d1=120.0 通過(guò)對(duì)兩個(gè)鍵長(zhǎng)和鍵角使用同一變量定義可以控制分子的對(duì)稱性,%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 0 1 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1 r1=0.9 a1=105.0 變量部分 d

13、1=120.0 r2=1.4 常量部分 通過(guò)設(shè)定常量，可以使程序 只對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分優(yōu)化,例2： C2H4分子 平面形分子,# HF/STO-3G OPT C2H4 opt 0 1 C C 1 r1 H 1 r2 2 a1 H 1 r2 2 a1 3 180.0 H 2 r2 1 a1 3 0.0 H 2 r2 1 a1 4 0.0 r1=1.32 r2=1.09 a1=120.0,通過(guò)同一個(gè)變量控制C-H鍵長(zhǎng) 把二面角定義為180和0的常量 來(lái)控制分子的平面構(gòu)型,例3： CH3F分子 分子點(diǎn)群C3V,# HF/STO-3G OPT CH3F C3v opt 0 1 C F 1 r1 H 1 r2 2 a1 H 1 r2 2 a1 3 b H 1 r2 2 a1 3 -b r1=1.38 r2=1.09 a1=110.6 b=120.0 通過(guò)常量b來(lái)控制C3V對(duì)稱性,例4： NH3分子 分子點(diǎn)群C3V,# HF/STO-3G OPT CH3F C3