Ab initio Termochemistry'den Moleküler Kümelerin Atmosferik Konsantrasyonlarının Hesaplanması

Protokolümüz, zayıf bağlı moleküler kümelerin incelenmesinde esnek ve hesaplama açısından uygulanabilir bir yaklaşım sağlar ve yapıları, oluşumları ve bollukları hakkında bilgi edinmek için kolayca uygulanabilir. Bu tekniğin en büyük avantajı, hızlı kuvvet alanlarından yarı ampirik yöntemlere ve titiz kuantum mekanik yöntemlerine kadar farklı teori düzeylerindeki moleküler kümelerin tedavisinde ki verimliliği ve esnekliğidir. Atmosferik ve aerosol kimyası iklim değişikliğinin daha iyi modellerine yol açan bu yaklaşımdan en çok fayda sağlayabilir.

Ancak, moleküler kümeleri içeren herhangi bir alan bu yaklaşımdan yararlanabilir. Bu tekniği hiç gerçekleştirmemiş bireyler için en zorlu adımlar ilk program ve komut dosyası kurulumu ve bunların yerel bilgi işlem ortamına adaptasyonlarıdır. Hesaplamalı kimyaya yeni başlayan öğrenciler, açık adım adım yönergelerigörselleştirme yoluyla yüksek performanslı bilgi işlem kümelerini kullanarak dik öğrenme eğrilerinin üstesinden gelebilirler.

Genetik algoritma yapılandırmaörneklemesinde kullanılmak üzere izole glisin moleküllerinin minimum enerji yapısını elde etmek için, Avogadro'da yeni bir oturum açın ve görüntüleme penceresinde glisin monomer oluşturmak için Ekle, Peptid, Glisin ve Insert Peptid'i tıklatın. Uzantılar ve Gaussian'ı tıklatın ve metin kutusundaki ilk satırı belirtildiği gibi düzenleyin. Oluştur'u tıklatın ve komut dosyasını glycine.com olarak kaydedin.

İzole suyun minimum enerji yapısını elde etmek için Avogadro'da yeni bir oturum açın ve Yap, Ekle ve Parça'yı seçin. Filtre metin kutusuna su girin, su dosyasını seçin ve Ekle'yi tıklatın. Uzantılar ve Gaussian'ı tıklatın ve metin kutusundaki ilk satırı belirtildiği gibi düzenleyin.

Oluştur'u tıklatın ve komut dosyasını water.com olarak kaydedin. Ardından iki com dosyasını bilgi işlem kümesine aktarın ve uygun gönder komut dosyasını kullanarak Gaussian 09 hesaplamalarını çalıştırın. Hesaplamalar hesaplama kümesinde tamamlandıktan sonra, belirtilen komuta giren minimum enerji yapılarının xyz dosyalarını oluşturmak için açık babil'i arayın.

Genetik algoritma tabanlı yapılandırma örneklemesi için tüm komut dosyalarını ve şablonları bir klasöre ekleyin ve klasörü uzak kümeye kopyalayın. Tüm komut dosyalarının yürütülebilir olduğundan emin olun ve komut dizinin konumunu çevresel değişkene eklemek için belirtildiği gibi komutları kullanın. Teorinin ucuz yarı ampirik düzeyde glisin ve su için düşük enerjili yapılar bir dizi elde etmek için, n su moleküllerinin sayısı olduğu gly-h2o-n adlı bir dizin oluşturmak ve genetik algoritma hesaplamaları çalıştırmak için gly-h2o-n dizin altında GA adlı bir alt dizin oluşturmak.

Ogolem giriş dosyalarını, tekkartkar Kartezyen koordinatlarını ve PBS toplu gönderme komut dosyasını GA dizinine kopyalayın ve uygun şekilde değiştirilmiş çalıştırmayı kullanarak GA hesaplamasını çalıştırın. pbs komut dosyası gönderin. Hesaplama tamamlandıktan sonra, dizini gly-h2o-n GA pm7 olarak değiştirin ve 13 kümedeki atom ların sayısı nın 13 olduğu ve sıfır ve dokuzun indeksleri sıfırdan dokuza kadar 10 yapı olduğunu gösterdiği yerde belirtildiği gibi getRotConsts komutunu çalıştırın.

Bu, GA en iyi duruma getirilmiş kümelerin dönme sabitlerini hesaplar ve rotConstsData_C adı verilen ve tüm GA optimize edilmiş küme yapılandırmalarının, enerjilerinin ve dönme sabitlerinin sıralanmış bir listesini içeren bir dosya oluşturur. Benzerlik Analizini çalıştırın. py komut dosyası bulmak ve benzersiz GA optimize kümeleri kaydetmek için bir giriş olarak rotConstsData_C dosya ile.

Pm7, uniqueStructures-pm7.data adlı bir dosya oluşturmak için dosya adlandırma etiketi olarak kullanılacaktır. Bu, benzersiz GA en iyi duruma getirilmiş yapılandırmaların sıralanmış bir listesini içerir. gly-h2o-n GA dizininde, birleş-GA dizini kullanın.

csh komut dosyası birden çok karşılaştırılabilir GA çalışır için sonuçları birleştirmek ve benzersizStructures-pm7 adlı yeni bir benzersiz yapılar listesi oluşturmak için. gly-h2o-n GA dizinindeki veriler. Çalışma dizininde gösterildiği gibi tam organizasyon ve yapı olmalıdır.

Glisin su kümelerinin yapılarını yarı ampirik bir yönteme dayalı genetik algoritmadan daha doğru bir kuantum mekanik yöntemini kullanarak bir tanesine rafine etmek için gly-h2o-n dizininin altında QM adı verilen bir alt dizini oluşturun. QM dizininin altında, pw91-sb adlı başka bir alt dizini oluşturun ve gly-h2o-n GA dizininden QM pw91-sb dizinine uniqueStructures listesini kopyalayın. Dizin ii gly-h2o-n QM pw91-sb olarak değiştirin ve küçük temel küme yoğunluk fonksiyonel teori komut run-pw91-sb çalıştırın.

csh hangi sb hesaplamalar kümesi için bir etiket, Q bilgi işlem kümesi üzerinde tercih edilen sıra ve 10 10 hesaplamaları tek bir toplu iş halinde gruplandırılacak gösterir. Gönderilen hesaplamalar tamamlandıktan sonra getRotConsts-dft-sb'yi kullanın. csh komut csh komut enerjileri ayıklamak ve küçük temel optimize kümelerin dönme sabitleri hesaplamak için.

Burada pw91 kullanılan yoğunluk fonksiyonelve n kümedeki atom ların sayısıdır. SimilaryAnalysis'i kullanın. py script önce olduğu gibi benzersiz yapıları tanımlamak için ama etiket olarak sb kullanın.

Pw91 631 artı G yıldız teorisi düzeyinde optimize edilmiş benzersiz yapılandırmaların listesi uniqueStructures-sb'de kaydedilir. veri dosyası. gly-h2o-n QM dizininde, birleştirilmiş qm'yi kullanın.

csh komut dosyası birden çok karşılaştırılabilir QM çalışır sonuçlarını birleştirmek için. Birleştirme-QM. csh pw91-sb komutu uniqueStructures-sb adlı yeni bir benzersiz yapılar listesi oluşturacaktır.

gly-h2o-n QM dizinindeki veriler. Daha iyi bir kuantum mekanik açıklama kullanarak glisin ve su kümelerinin yapılarını daha rafine etmek için, QM dizini altında pw91-lb adlı bir alt dizin oluşturun. QM pw91-sb dizininden QM pw91-lb dizini için benzersiz yapılar listesini kopyalayın ve QM pw91-lb dizini değiştirin.

Büyük temel yoğunluğu fonksiyonel teori komut run-pw91-lb çalıştırın. csh hangi lb hesaplamalar kümesi için bir etiket, Q bilgi işlem kümesi üzerinde tercih edilen sıra ve 10 10 hesaplamaları tek bir toplu iş halinde gruplandırılmak olduğunu gösterir. Gönderilen hesaplamalar tamamlandıktan sonra getRotConsts-dft-lb'yi kullanın.

csh komutu büyük temel optimize kümelerin dönme sabitleri hesaplamak için. Burada pw91 kullanılan yoğunluk fonksiyonelve n kümedeki atom ların sayısıdır. Benzerlik Analizi'ni kullanın.

py script pw91 6311 artı G yıldız teorisi düzeyinde optimize benzersiz yapılandırmaları bir listesini oluşturmak için etiket olarak lb şimdi şimdi ve benzersizStructures-lb kaydedin. veri dosyası. İstenilen termokimyasal düzeltmeleri hesaplamak için gerekli glisin ve su kümelerinin titreşim yapısını ve enerjilerini elde etmek için, QM pw91-lb ultraince dizine QM pw91-lb dizini benzersiz yapılar listesini kopyalayın ve dizini QM/pw91-lb ultrafine olarak değiştirin.

Ultra ince yoğunluklu fonksiyonel teori komut run-pw91-lb-ultrafine çalıştırın. bu hesaplamakümesi için uf etiketi olan csh, Q bilgi işlem kümesinde tercih edilen sıradır ve 10, 10 hesaplamanın tek bir toplu iş halinde gruplandırılmak üzere olduğunu gösterir. Bu komut dosyası, Gaussian 09'un girişlerini otomatik olarak oluşturur ve tüm hesaplamaları gönderir.

Gönderilen hesaplamalar tamamlandıktan sonra getRotConsts-dft-lb-ultrafine kullanın. ultraince optimize edilmiş kümelerin dönme sabitlerini hesaplamak için csh komutu. Burada pw91 kullanılan yoğunluk fonksiyonelve n kümedeki atom ların sayısıdır.

Benzerlik Analizi'ni kullanın. py script şimdi uf ile etiket oluşturmak ve benzersizStructures-uf pw91 6311 artı G yıldız teorisi düzeyinde ultraince yakınsama kriterlerine optimize benzersiz yapılandırmaları bir listesini kaydetmek. veri dosyası.

Sonra run-thermo-pw91 çalıştırın. benzersizStructures-uf ile csh komut dosyası. termodinamik düzeltmeleri hesaplamak için giriş olarak veri dosyası.

Komut satırı çıktısını gly-h2o-n.xls adlı ekli elektronik tabloya kopyalayıp yapıştırın. Bu hesaplamanın ham enerjileri ve sonraki n iki, üç, dört ve beş hesaplamaya eşit olduğundan gly-h2o-n'nin ilk sayfasına eklenir. farklı sıcaklıklarda hidratların denge konsantrasyonu, bağıl nem ve su ve glisin ilk konsantrasyonları verimleri hidrat dağıtım levha xls spredsheet güncellenecektir.

Burada glisin-su kümelerinin en düşük elektronik enerji izomerleri görülebilir. Su moleküllerinin sayısı çoğunlukla düzlemsel bir ağdan n'de üç boyutlu kafes benzeri bir yapıya doğru hareket ettikçe hidrojen bağı ağının karmaşıklığına dikkat edin. Bu tabloda, run-thermo-pw91 çıkışının bir örneği.

csh komut dosyası gösterilir. Her küme için, pw91 6311 artı G yıldız yıldızının enerjisi, pw91 6311 artı G yıldız yıldız birimlerindeki gaz fazı elektronik enerjilerine karşılık gelir artı, hartrees birimlerindeki ultraince entegrasyon ızgaraları ve köstebek başına kilokalori birimlerindeki sıfır nokta titreşim enerjisi üzerinden hesaplanan teorinin G yıldız seviyesine karşılık gelir. Her sıcaklıkta Gibbs-serbest enerji oluşumudelta G'de hesaplanan entalpi oluşumu delta H, köstebek başına kilokalori birimlerinde verilir ve hesaplanan entalsi oluşumu S, mol başına kalori birimlerinde verilir.

Bu tabloda, toplam Gibbs-free enerji hidrasyon değişimi ve sıralı hidrasyon temsili hesaplamalar gösterilmiştir. Bu veriler kullanılarak, sulu glisin atmosferik konsantrasyonları hesaplanabilir. Bir doğru yazılım yüklemek ve kendi bilgi işlem ortamını yansıtacak şekilde eklenen komut dosyaları ekledi gerekir.

Komut dosyalarının konumunu n için bir yola eklemek çok önemlidir. Bu teknik, atmosferik su kümelerinin peptit bağı oluşumuna doğru katalitik aktivitesini belirlemek ve prebiyotik kimya alanına katkıda bulunmak için kullanılmıştır.