Վիքիպեդիա

«Հաշվողական քիմիա»–ի խմբագրումների տարբերություն

Դիտել պատմությունը
← Նախորդ տարբՀաջորդ տարբ →
Content deleted Content added
ՎիզուալԵլատեքստ
No edit summary
Տող 1.
'''Հաշվողական քիմիայում''' գոյություն ունեն երկու լայն ոլորտներ, որոնց նպատակն է մոլեկուլի կառուցվածքի և րեակտիվության ուսումնասիրթյունը` մոլեկուլար մեխանիկայի և քվանտաիյն քիմիայի տեսությունները: Երկուսն էլ իրականացնում են երեք հիմնական տիպի հաշվարկներ` ▼
'''Հաշվողական Քիմիա'''
* Մոլեկուլար համակարգի էներգիայի հաշվարկում և էներգիային առնչվող այլ ֆիզիկական հատկությունների կանխատեսում:▼
<br />
* Երկրաչափական պարամետրերի (կապի երկարություն, անկյուն և այլն.) օպտիմիզացում, մոլեկուլար համակարգի էներգիայի մինիմումի պայմանում: Երկրաչափական պարամետրերի օպտիմիզացիան պայմանավորված է էներգիայի գրադիենտով: Այսինքն, էներգիայի առաջին ածանցյալն ըստ ատոմների կորդինատների:▼
* Ատոմների միջմոլեկուլար շարժումով պայմանավորված` տատանողական հաճախականությունների հաշվարկ: Այս դեպքում հաճախականությունները կախված են էներգիայի երկրորդ ածանցյալից ըստ ատոմների կորդինատների: Սակայն ոչ բոլոր քիմիական մեթոդներում են հնարավոր այս տիպի հաշվարկներ:▼
 
=== Ընդհանուր դրույթներ ===
<br />
 
▲Հաշվողական քիմիայում գոյություն ունեն երկու լայն ոլորտներ, որոնց նպատակն է մոլեկուլի կառուցվածքի և րեակտիվության ուսումնասիրթյունը` մոլեկուլար մեխանիկայի և քվանտաիյն քիմիայի տեսությունները: Երկուսն էլ իրականացնում են երեք հիմնական տիպի հաշվարկներ`
▲*Մոլեկուլար համակարգի էներգիայի հաշվարկում և էներգիային առնչվող այլ ֆիզիկական հատկությունների կանխատեսում:
▲*Երկրաչափական պարամետրերի (կապի երկարություն, անկյուն և այլն.) օպտիմիզացում, մոլեկուլար համակարգի էներգիայի մինիմումի պայմանում: Երկրաչափական պարամետրերի օպտիմիզացիան պայմանավորված է էներգիայի գրադիենտով: Այսինքն, էներգիայի առաջին ածանցյալն ըստ ատոմների կորդինատների:
▲*Ատոմների միջմոլեկուլար շարժումով պայմանավորված` տատանողական հաճախականությունների հաշվարկ: Այս դեպքում հաճախականությունները կախված են էներգիայի երկրորդ ածանցյալից ըստ ատոմների կորդինատների: Սակայն ոչ բոլոր քիմիական մեթոդներում են հնարավոր այս տիպի հաշվարկներ:
=== Մոլեկուլար մեխանիկայի մեթոդներ ===
Մոլեկուլար մեխանիկայի (ՄՄ) մեթոդներով մոդելավորումը և մոլեկուլի կառուցվածքի ու ֆիզիկական հատկությունների կանխատեսումն հիմնված են դասական ֆիզիկաի կանոնների վրա: ՄՄ մեթոդները առկա են համակարգչային մի շարք ծրագրերում, ինչպիսիք են օրինակ` MM3, HyperChem, Quanta, Sybyi, Alchemy ծրագրերը : Կան շատ տարբեր ՄՄ մեթոդներ և նրանցից յուրաքանչյուրն բնութագրվում է իր ուժային դաշտով: Ուժային դաշտը ունի հետևյալ բաղադրիչները`▼
<br />
* Հավասարումների համակարգ, որը սահմանում է մոլեկուլի պոտենցիալ եներգիայի կախվածությունը ատոմների տարածային կորդինատներից:▼
* Ատոմների համախումբ, որը տարրը բնութագրում է քիմիական ենթատեքստում:▼
* Մեկ կամ ավելի պարամետրերի ներդրմամբ հավասարումների համապատասխանեցումը փորձնական տվյալներին: Այս պարամետրերը որոշում են ուժային հաստատուններին:▼
ՄՄ հաշվարկներում էլեկտրոնները մոլեկուլային համակարգում ակնհայտորեն հաշվի չեն առնվում: Ուժային դաշտում էլեկտրոնային ազդեցությունը նախատեսված է պարամետրիզացիաի միջոցով: Այս մոտավորությունը հնարավորություն է տալիս կատարել ՄՄ հաշվարկներ հազարավոր ատոմներից բախկացած մոլեկուլային համակարգերում: Սակայն, էլեկտրոնային էֆեկտների անտեսումը հանգեցնում է մի շարք սահմանափակումների, որոնցից հիմնականերն են`▼
* Յուրաքանչուր ուժային դաշտի կիրառումը լավ արդյունքի է բերում միայն մոլեկուլների սահմանափակ դասի համար, պայմանավորված պարամետրիզացումից: Չկա ուժային դաշտ, որը ընդհանրապես կիրառելի է բոլոր մոլեկուլային համակարգերի համար:▼
* էլեկտրոնների անտեսումը նշանակում է, որ երբ էլեկտրոնային էֆեկտները գերիշխում են, ապա այդ քիմիական խնդիրներում ՄՄ մեթոդները չեն կարող կիրառվել: Օրինակ, չեն նկարագրում կապի առաջացման և խզման երեվույթը մոլեկուլում: ՄՄ մեթոդները նաև չեն վերարտադրում մոլեկուլի այն հատկությունները, որոնք կախված են էլեկտրոնի նրբություններից (զանգված, լիցք, սպին և այլն.)▼
 
▲Մոլեկուլար մեխանիկայի (ՄՄ) մեթոդներով մոդելավորումը և մոլեկուլի կառուցվածքի ու ֆիզիկական հատկությունների կանխատեսումն հիմնված են դասական ֆիզիկաի կանոնների վրա: ՄՄ մեթոդները առկա են համակարգչային մի շարք ծրագրերում, ինչպիսիք են օրինակ` MM3, HyperChem, Quanta, Sybyi, Alchemy ծրագրերը : Կան շատ տարբեր ՄՄ մեթոդներ և նրանցից յուրաքանչյուրն բնութագրվում է իր ուժային դաշտով: Ուժային դաշտը ունի հետևյալ բաղադրիչները`
▲*Հավասարումների համակարգ, որը սահմանում է մոլեկուլի պոտենցիալ եներգիայի կախվածությունը ատոմների տարածային կորդինատներից:
▲*Ատոմների համախումբ, որը տարրը բնութագրում է քիմիական ենթատեքստում:
▲*Մեկ կամ ավելի պարամետրերի ներդրմամբ հավասարումների համապատասխանեցումը փորձնական տվյալներին: Այս պարամետրերը որոշում են ուժային հաստատուններին:
ՄՄ հաշվարկներում էլեկտրոնները մոլեկուլային համակարգում ակնհայտորեն հաշվի չեն առնվում: Ուժային դաշտում էլեկտրոնային ազդեցությունը նախատեսված է պարամետրիզացիաի միջոցով:
▲Այս մոտավորությունը հնարավորություն է տալիս կատարել ՄՄ հաշվարկներ հազարավոր ատոմներից բախկացած մոլեկուլային համակարգերում: Սակայն, էլեկտրոնային էֆեկտների անտեսումը հանգեցնում է մի շարք սահմանափակումների, որոնցից հիմնականերն են`
▲*Յուրաքանչուր ուժային դաշտի կիրառումը լավ արդյունքի է բերում միայն մոլեկուլների սահմանափակ դասի համար, պայմանավորված պարամետրիզացումից: Չկա ուժային դաշտ, որը ընդհանրապես կիրառելի է բոլոր մոլեկուլային համակարգերի համար:
▲*էլեկտրոնների անտեսումը նշանակում է, որ երբ էլեկտրոնային էֆեկտները գերիշխում են, ապա այդ քիմիական խնդիրներում ՄՄ մեթոդները չեն կարող կիրառվել: Օրինակ, չեն նկարագրում կապի առաջացման և խզման երեվույթը մոլեկուլում: ՄՄ մեթոդները նաև չեն վերարտադրում մոլեկուլի այն հատկությունները, որոնք կախված են էլեկտրոնի նրբություններից (զանգված, լիցք, սպին և այլն.)
=== Քվանտային քիմիայի մեթոդներ ===
Քվանտային քիմիայի մեթոդները (ՔՔՄ) իրենց հաշվարկներում իբրեվ հիմք օգտագործում են քվքնտային ֆիզիկայի օրենքները, երբ քվանտային վիճակները, էներգիաները և ֆիզիկական համակարգի այլ հատկությունները ստացվում են Շրյոդինգերի հավասարումից`<br />▼
<br />
 
▲Քվանտային քիմիայի մեթոդները (ՔՔՄ) իրենց հաշվարկներում իբրեվ հիմք օգտագործում են քվքնտային ֆիզիկայի օրենքները, երբ քվանտային վիճակները, էներգիաները և ֆիզիկական համակարգի այլ հատկությունները ստացվում են Շրյոդինգերի հավասարումից`<br />
 
'''H'''Ψ =EΨ<br />▼
 
▲'''H'''Ψ =EΨ<br />
 
Շրյոդինգերի հավասարման ճշգրիտ լուծումը, նույնիսկ ամենափոքր մոլեկուլային համակարգի համար գործնականում անհնար է: ՔՔՄ-րը բնութագրվում են տարբեր մաթեմատիկական մոտավորությունների կիրառմամբ: Գոյություն ունեն երեք հիմնական ՔՔՄ`<br />▼
 
1.''Կիսաէմպիրիկ մեթոդներ'', ինչպիսին են AM1, MINDO/3 և PM3, որոնք կիրառվում են MOPAC, AMPAC, HyperChem, Gamess, Gaussian և այլ ծրագրերում: Կիսաէմպիրիկ մեթոդներում, հաշվարկների պարզեցման նպատակով օգտագործվում են փորձնական տվյալներից ստացված պարամետրեր, որոնք կրճատում են հաշվարկի տևողությունը և դարձնում դրանք քիչ ծախսատար: Կիսաէմպիրիկ մեթոդների տարբերությունը պայմանավորված է համապատասխան պարամետրերի ընտրությամբ:<br />▼
▲Շրյոդինգերի հավասարման ճշգրիտ լուծումը, նույնիսկ ամենափոքր մոլեկուլային համակարգի համար գործնականում անհնար է: ՔՔՄ-րը բնութագրվում են տարբեր մաթեմատիկական մոտավորությունների կիրառմամբ: Գոյություն ունեն երեք հիմնական ՔՔՄ`<br />
 
2. ''Ab initio'' մեթոդները (ի սկզբանե – մեթոդներ, որոնք հիմնված են սկզբնական հասկացությունների և օրենքների վրա), ի տարբերություն ՄՄ և կիսաէմպիրիկ մեթոդների, իրենց հաշվարկներում չեն կիրառում փորձնական որևիցէ տվյալ և հիմնված են միայն Շրյոդինգերի հավասարման և մի քանի ֆիզիկական հաստատունների վրա`<br />▼
▲1.''Կիսաէմպիրիկ մեթոդներ'', ինչպիսին են AM1, MINDO/3 և PM3, որոնք կիրառվում են MOPAC, AMPAC, HyperChem, Gamess, Gaussian և այլ ծրագրերում: Կիսաէմպիրիկ մեթոդներում, հաշվարկների պարզեցման նպատակով օգտագործվում են փորձնական տվյալներից ստացված պարամետրեր, որոնք կրճատում են հաշվարկի տևողությունը և դարձնում դրանք քիչ ծախսատար: Կիսաէմպիրիկ մեթոդների տարբերությունը պայմանավորված է համապատասխան պարամետրերի ընտրությամբ:<br />
 
* Լույսի արագություն▼
▲2. ''Ab initio'' մեթոդները (ի սկզբանե – մեթոդներ, որոնք հիմնված են սկզբնական հասկացությունների և օրենքների վրա), ի տարբերություն ՄՄ և կիսաէմպիրիկ մեթոդների, իրենց հաշվարկներում չեն կիրառում փորձնական որևիցէ տվյալ և հիմնված են միայն Շրյոդինգերի հավասարման և մի քանի ֆիզիկական հաստատունների վրա`<br />
* Էլեկտրոնի և նուկլոնների լիցքեր և զանգվածներ▼
* Պլանկի հաստատուն▼
 
Ab initio մեթոդներից ամենա տարածվածը դա Հարտրի-Ֆոկի մեթոդն է: Փաստ է, որ էլեկտրոնները մոլեկուլային համակարգերում փոխազդում են, ինչը Հարտրի-Ֆոկի մեթոդում հաշվի է առնվում միջինացված էլեկտրոնային խտության հետ էլեկտրոնի փոխազդմամբ: Այս մոտավորության պատճառով Հարտրի-Ֆոկի մեթոդի կիրառումը որոշ տիպի համակարգերին հաշվարկի արդյունքներում բերում է զգալի անճշտությունների:<br />▼
▲*Լույսի արագություն
▲*Էլեկտրոնի և նուկլոնների լիցքեր և զանգվածներ
▲*Պլանկի հաստատուն
▲Ab initio մեթոդներից ամենա տարածվածը դա Հարտրի-Ֆոկի մեթոդն է: Փաստ է, որ էլեկտրոնները մոլեկուլային համակարգերում փոխազդում են, ինչը Հարտրի-Ֆոկի մեթոդում հաշվի է առնվում միջինացված էլեկտրոնային խտության հետ էլեկտրոնի փոխազդմամբ: Այս մոտավորության պատճառով Հարտրի-Ֆոկի մեթոդի կիրառումը որոշ տիպի համակարգերին հաշվարկի արդյունքներում բերում է զգալի անճշտությունների:<br />
 
3. ''Խտության ֆունկցիոնալի տեսության'' (DFT-density functional theory) վրա հիմնված մեթոդները լայնորեն կիրառվում են վերջին տարինեին: DFT-հաշվարկները շատ նման են ab initio հաշվարկներին, սակայն դրանք գրավիչ են նրանով, որ ի տարբերություն ab initio-ի հաշվի են առնում էլեկտրոնային զույգի անմիջական փոխազդեցությունները (electronic correlation): Այն հնարավոր է դարձնում ուսումնասիրել և ճշգրիտ արդյունքներ ստանալ այն համակարգերում և պրոցեսներում, ուր կորելացիոն էֆեկտները որոշիչ են: Ի տարբերություն կիսաէմպիրիկ մեթոդների DFT-ն և ab initio-ն, չունենալով կախվածություն փորձնական տվյալներից, տեսականորեն կարող են կիրառվել ցանկացած տիպի և քանակի ատոմներ պարոնակող համակարգերում, գրգռված վիճակներում գտնվող մոլեկուլներին և լուծույթներին: Սակայն, ատոմների քանակի և զանգվածի հետ համընթաց աճում են նաև հաշվարկի համար պահանջվող միջոցները (հաշվարկի տևողություն, հահամակարգչի հզորություն, հիշողությու և այլն..) DFT և ab initio մեթոդի բավականին շատ տեսակներ ընդգրկված է լայն տարածում ստացած Gaussian 98 համակարգչային ծրագրային փաթեթում:
Ի տարբերություն կիսաէմպիրիկ մեթոդների DFT-ն և ab initio-ն, չունենալով կախվածություն փորձնական տվյալներից, տեսականորեն կարող են կիրառվել ցանկացած տիպի և քանակի ատոմներ պարոնակող համակարգերում, գրգռված վիճակներում գտնվող մոլեկուլներին և լուծույթներին: Սակայն, ատոմների քանակի և զանգվածի հետ համընթաց աճում են նաև հաշվարկի համար պահանջվող միջոցները (հաշվարկի տևողություն, հահամակարգչի հզորություն, հիշողությու և այլն.. )
DFT և ab initio մեթոդի բավականին շատ տեսակներ ընդգրկված է լայն տարածում ստացած Gaussian 98 համակարգչային ծրագրային փաթեթում:<br />
 
=== Գրականություն ===
* James B.Foresman, Alen Frisch Exploring Chemistry With Electronic Structure Methods, Gaussian Inc.,Pittsburgh, 1996
`<br />
* Р.Заградник, З.Полак Основы Квантовой Химии, «Мир», Москва,1979г.<br />▼
 
James* BM.Foresman, AlenJ. Frisch Exploringet Chemistryal., WithGaussian Electronic98, StructureRevision MethodsA.11, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 1996<br />2001.
 
▲Р.Заградник, З.Полак Основы Квантовой Химии, «Мир», Москва,1979г.<br />
 
[[Կատեգորիա:Քիմիայի բաժիններ]]
M. J. Frisch et al., Gaussian 98, Revision A.11, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2001.
[[Կատեգորիա:Համակարգչային քիմիա]]
[[Կատեգորիա:Քվանտային քիմիա]]
Ստացված է «https://hy.wikipedia.org/wiki/Հաշվողական_քիմիա» էջից