неэмпирические методы (ab initio) позволяют рассчитывать валентные и межплоскостные углы с точностью 1-20 .
Популярен среди химиков и метод АМ1, в названии которого явно не используется понятие дифференциального перекрывания, но который является развитием метода MNDO. Это один из наиболее точных полуэмпирических методов. Не менее популярен и метод РМ3, который отличается от метода АМ1 только значениями параметров. Параметры этого метода получены из большого количества экспериментальных молекулярных параметров. В результате метод РМ3 позволяет рассчитывать свойства систем с переходными металлами. Методы РМ3 и АМ1 считаются наиболее точными среди всех полуэмпирических методов квантовой химии.
56
ОПИСАНИЕ И ПРОГРАММА КУРСА.
1. Описание курса
Название курса: «Избранные главы квантовой химии» сокращенно (ИГКХ).
Цели и задачи курса:
Основной целью настоящего курса является ознакомление студентов с популярными расчетными методами современной квантовой химии, включающими наиболее точные методы расчета электронной и геометрической структуры молекул, которые используются для получения важной и труднодоступной для эксперимента информации. Первостепенной задачей курса является обеспечение понимания студентами теоретических основ таких методов с тем, чтобы они могли использовать их при работе с современными квантово-химическими программами такими, как GAMESS, GAUSSIAN и некоторыми другими. Студенты, выполняющие экспериментальные химические исследования, в результате изучения данного курса должны уметь сравнивать достоверность результатов расчетов, выполненных в различных приближениях другими авторами. И затем использовать наиболее корректные из них для сравнения со своими экспериментальными данными, что является отличительной чертой химиков, работающих в наиболее прогрессивных научных коллективах. Важной задачей является также выработка у студентов отношения к получаемым квантово-химическим результатам, как к машинному эксперименту, равноправному по отношению к любым другим экспериментальным методам исследований. Курс предназначен для обучения студентов в магистратуре по специальности «Фундаментальная и прикладная химия». Является обязательным теоретическим курсом.
57
Инновационность курса:
Состоит в углубленном ознакомлении студентов с наиболее популярными методами квантовой химии, являющейся одной из самых прогрессивных областей современной химии. Инновационность курса базируется, прежде всего, на самом современном уровне содержания, методики преподавания и используемой литературы. Достоинство этой бурно развивающейся области знаний тесно сопряжено с прогрессом вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения. Оно состоит в возможности получения информации, недоступной для традиционных экспериментальных физико-химических методов исследований. Например, изучение детальной электронной и геометрической структуры активированного комплекса в химических реакциях, различных свойств короткоживущих ионов, отнесение полос в спектрах запрещенных переходов и т.д. Понимая это, студенты при дальнейшем обучении всегда смогут использовать квантовохимические расчеты или их результаты при выполнении магистерских диссертаций.
Сведения об авторе: Боженко Константин Викторович, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры физической и коллоидной химии РУДН.
Структура курса (с указанием количества часов аудиторных / самостоятельной работой на темы):
Темы лекций:
1. Введение в курс ИГКХ. 0.5часа.
2. Особенности различных вариантов метода Хартри-
Фока. Неограниченный и ограниченный методы ХартриФока. Ограниченный метод Хартри – Фока для замкнутых
58
оболочек. Неограниченный метод Хартри – Фока. Ограниченный метод Хартри – Фока для открытых оболочек. Операторы проектирования. Теорема Бриллюена.
1.5часа.
3.Базисные функции, используемые в современных квантово – химических программах.
Базисные функции. Слэтеровские базисы. Гауссовские базисы. Минимальные базисы. Расширенные базисы. Расширенные базисы. Валентно-расщепленные базисы. Базисы, содержащие поляризационные функции. Базисы, содержащие диффузные функции.
2часа.
4. Учет энергии электронной корреляции. Метод конфигурационного взаимодействия
2часа
5.Ограничение кратности возбуждений. Ограничение размеров активного пространства. Метод CASSCF. Метод связанных кластеров.
2часа.
6.Метод многочастичной теории возмущений. Теория возмущений Рэлея – Шредингера.
2часа.
7. Теория возмущений Меллера – Плессета. Метод функционала плотности.
2часа.
8.Полуэмпирические методы квантовой химии.
Приближение |
|
нулевого |
дифференциального |
||
перекрывания |
– |
НДП. |
Полное |
пренебрежение |
|
двухцентровым |
дифференциальным перекрыванием |
- |
|||
59
ПДДП. Частичное пренебрежение дифференциальным перекрыванием – ЧПДП.
2часа.
9.Модифицированное частичное пренебрежение дифференциальным перекрыванием – МЧПДП. Модифицированное пренебрежение двухатомным перекрыванием – МПДП. Методы АМ1 и PM3.
2часа.
Темы коллоквиума.
Темы 1 - 4
4 часа.
Описание системы контроля знаний.
Контроль знаний состоит из трех этапов:
1.Индивидуальная беседа с каждым студентом по разделам всего теоретического курса во время коллоквиума.
2.Регулярный опрос студентов во время занятий.
3.Зачет.
Шкала оценок, итоговые оценки (методика выставления):
1.25 баллов студенты получают за посещение всех лекций.
2.Максимум 25 баллов за ответы на коллоквиуме.
3.Максимум 50 баллов за ответ на зачете.
Итоговая оценка является суммой оценок данных трех пунктов – max: 25+ 25+20+50=100.
60