Компьютерное моделирование в статистической физике, квантовая химия и строение молекул
Ключевые слова:
#моделирование
Курс состоит из двух частей.
В первой части рассматриваются основы квантовой химии, теория межмолекулярных взаимодействий и некоторые вопросы молекулярной спектроскопии, связанные с анализом строения молекул.
Во второй части рассматриваются методы предсказания макроскопических свойств систем, исходя из молекулярного строения и знаний о взаимодействиях, с помощью методов численного моделирования.
-
- Квантовая механика и строение молекул. Образование химической связи при понижении энергии совокупности атомов. Критерий адиабатичности. Методы МОЛКАО и ВС. Строение H2. Кулоновский и обменный интегралы.
- Строение простейших молекул:H2, Li2, LiH . Принцип Паули и межэлектронное отталкивание. Порядок, энергия и длина связи
- Строение простейших двух- и трехатомных молекул (H2,O2,N2,CH2,CO2). Сигма и пи - молекулярные орбитали. Нелинейные трехатомные и многоатомные молекулы (H202,NH3), построение простейших молекулярных орбиталей
- Гибридизация орбиталей, строение молекул CH2,CH3,CH4. Гибридизация как удобный математический метод описания перераспределения электронной плотности при образовании молекул.
- Типы химических связей.
- Физико-химические проявления межмолекулярных взаимодействий. Классификация межмолекулярных взаимодействий (дальнодействующие, короткодействующие, взаимодействия на промежуточных расстояниях).
- Характеристика различных типов межмолекулярного взаимодействия: прямые электростатические взаимодействия, мультипольное разложение, поляризационное взаимодействие (индукционные и дисперсионные силы). Полуэмпирические модельные потенциалы
- Разделение энергии молекул на части, порядок вращательной, колебательной и электронной энергии. Вращательные, колебательные и электронные спектры. Колебательная структура электронных полос, принцип Франка-Кондона.
- Фундаментальные основы методов молекулярного моделирования. Модели и типы методов. Молекулярные и грубозернистые модели.
- Методы, основанные на решении уравнений движения. Молекулярная динамика. Алгоритмы и численные схемы. Точность, эффективность, скорость. Статические и динамические свойства. Анализ траекторий. Применение в различных ансамблях. Грубозернистые методы. Доступные программные пакеты с открытым кодом.
- Методы Монте-Карло в статистической термодинамике. Математическая база (стохастические процессы, статистическая механика). Алгоритмы в различных ансамблях
- Методы вычисления свободных энергий
- Специфика моделирования макромолекул и кристаллических сред
-
Основная литература
- Маррел Дж, Кеттл С., Теддер Дж. Химическая связь. М.:Мир, 1980.
- Дж.Н.Израелашвили. Межмолекулярные и поверхностные силы. Перевод с англ. Под ред И.В.Яминского. 2-е изд. - Москва : Научный мир, 2011. - 431 с.
- Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия.М.,1962
- Frenkel D, Snit B. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications (Computational Science Series, Vol 1) 2nd Edition. Press, 2001.
- Хёльтье Х.Д., Зиппль В., Роньян Д., Фолькерс Г. Молекулярное моделирование (теория и практика) Под редакцией В.А.Палюлина и Е.В.Радченко М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.- 318 с.
- Замалин, В.М., Норман, Г.Э., Филинов, В.С. Метод Монте-Карло в статистической термодинамике. М.: Наука, 1977