Chemistry
This content is Open Access.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
Beräkning av atmosfäriska koncentrationer av molekylära kluster från ab initio termokemi
Chapters
Summary April 8th, 2020
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
De atmosfäriska koncentrationerna av svagt bundna molekylära kluster kan beräknas från de termomkemiska egenskaperna hos lågenergistrukturer som finns genom en konfigurationsmetod i flera steg med hjälp av en genetisk algoritm och semi-empirisk och ab initio kvantkemi.
Transcript
Vårt protokoll ger en flexibel och beräkningsmässigt genomförbar metod för att studera svagt bundna molekylära kluster och kan lätt tillämpas för att få insikter i deras struktur, bildning och överflöd. Denna tekniks främsta fördel är dess effektivitet och flexibilitet vid behandling av molekylära kluster på olika nivåer av teori från snabbkraft-fält och semiempiriska metoder till rigorösa kvantmekaniska metoder. Atmosfärisk och aerosolkemi kan dra mest nytta av detta tillvägagångssätt som leder till bättre modeller för klimatförändringar.
Men alla fält som involverar molekylära kluster kan utnyttja denna metod. För individer som aldrig har utfört denna teknik, de mest utmanande stegen är det ursprungliga programmet och skript installation och deras anpassning till den lokala datormiljön. Studenter som är nya i beräkningskemi kan övervinna de branta inlärningskurvorna i att använda högpresterande datorkluster genom visualisering av explicita steg för steg-instruktioner.
För att få en minsta energistruktur av isolerade glycinmolekyler för användning i en genetisk algoritmkonfigurationell provtagning, öppna en ny session i Avogadro och klicka på Bygg, Infoga, Peptid, Glycine, och Infoga peptid för att generera en glycinmonomer i visualiseringsfönstret. Klicka på Tillägg och Gaussiska och redigera den första raden i textrutan som indikeras. Klicka på Generera och spara kommandofilen som glycine.com.
För att få en minsta energistruktur av isolerat vatten öppnar du en ny session i Avogadro och väljer Bygg, Infoga och Fragment. Skriv in vatten i filtertextrutan, markera vattenfilen och klicka på Infoga. Klicka på Tillägg och Gaussiska och redigera den första raden i textrutan som indikeras.
Klicka på Generera och spara kommandofilen som water.com. Överför sedan de två com-filerna till datorklustret och kör Gaussiska 09-beräkningarna med hjälp av lämpligt submit-skript. När beräkningarna har avslutats på datorklustret anropar du öppna babel för att generera xyz-filer av de minsta energistrukturerna som anger kommandot enligt angivelserna.
För genetisk algoritmbaserad konfigurationssampling lägger du till alla skript och mallar i en mapp och kopierar mappen till fjärrklustret. Kontrollera att alla skript är körbara och använd kommandona som indikeras för att lägga till platsen för skriptkatalogen i sökvägs miljövariabeln. För att få en uppsättning lågenergistrukturer för glycin och vatten på den billiga semi-empiriska nivån av teori, skapa en katalog som kallas gly-h2o-n för vilka n är antalet vattenmolekyler och skapa en underkatalog som kallas GA under gly-h2o-n katalogen för att köra genetiska algoritm beräkningar.
Kopiera indatafilerna för Ogolem, svartvita kartesiska koordinater och PBS-batchinlämningsskript i KATALOGEN GA och kör GA-beräkningen med hjälp av den lämpligt ändrade körningen. PBS submit script. När beräkningen är klar, ändra katalogen till gly-h2o-n GA pm7 och köra kommandot getRotConsts som anges där 13 är antalet atomer i klustret och noll och nio anger att det finns 10 strukturer med index noll genom nio.
Detta kommer att beräkna rotationskonstanterna för de GA-optimerade klustren och generera en fil som heter rotConstsData_C som innehåller en sorterad lista över alla GA-optimerade klusterkonfigurationer, deras energier och deras rotationskonstanter. Kör likhetenAnalys. py script med rotConstsData_C som en ingång för att hitta och spara den unika GA optimerade kluster.
PM7 kommer att användas som en fil namngivningsetikett för att generera en fil som kallas uniqueStructures-pm7.data. Detta innehåller en sorterad lista över de unika GA-optimerade konfigurationerna. I katalogen gly-h2o-n GA använder du kombinera-GA.
csh script för att kombinera resultaten för flera jämförbara GA körningar och att generera en ny unik strukturer lista med namnet uniqueStructures-pm7. data i katalogen gly-h2o-n GA. Arbetskatalogen ska ha den exakta organisationen och strukturen som illustreras.
För att förfina strukturerna hos glycinvattenkluster från den genetiska algoritmen baserad på en semi-empirisk metod till en med hjälp av en mer exakt kvantmekanisk metod, skapa en underkatalog som kallas QM under gly-h2o-n-katalogen. Under QM-katalogen skapar du en annan underkatalog med namnet pw91-sb och kopierar listan uniqueStructures från katalogen gly-h2o-n GA till QM pw91-sb-katalogen. Ändra katalogen till gly-h2o-n QM pw91-sb och kör den lilla grunden som densitet funktionell teori skriptet run-pw91-sb.
csh för vilken sb är en etikett för den här uppsättningen beräkningar, Q är den föredragna kön på datorklustret och 10 anger att 10 beräkningar kommer att grupperas i ett batch-jobb. När de inskickade beräkningarna är klara använder du getRotConsts-dft-sb. CSH-skript för att extrahera energierna och beräkna de roterande konstanterna i de små basoptimerade klustren.
Här är pw91 den densitet funktionella används och n är antalet atomer i klustret. Använd liknandeAnalys. py script som tidigare för att identifiera de unika strukturerna men använd sb som etikett.
En lista över unika konfigurationer som optimerats på teorins pw91 631 plus G-stjärnnivå kommer att sparas i det unikaStructures-sb. datafil. I katalogen gly-h2o-n QM använder du den kombinerade combine-QM.
csh script för att kombinera resultaten från flera jämförbara QM-körningar. Den kombinera-QM. csh pw91-sb kommandot kommer att generera en ny unik strukturer lista med namnet uniqueStructures-sb.
data i katalogen gly-h2o-n QM. För att ytterligare förfina strukturerna för glycin och vattenkluster med hjälp av en bättre kvantmekanisk beskrivning, skapa en underkatalog som kallas pw91-lb under QM-katalogen. Kopiera listan över unika strukturer från QM pw91-sb-katalogen till QM pw91-lb-katalogen och ändra katalogen till QM pw91-lb.
Kör den stora basis densitet funktionell teori skriptet run-pw91-lb. csh som lb är en etikett för den här uppsättningen beräkningar, är Q den föredragna kön på datorklustret och 10 anger att 10 beräkningar ska grupperas i ett batch-jobb. När de inskickade beräkningarna är klara använder du getRotConsts-dft-lb.
csh kommando för att beräkna rotationskonstanterna för de stora basoptimerade klustren. Här är pw91 den densitet funktionella används och n är antalet atomer i klustret. Använd likhetenAnalys.
py script som tidigare nu med lb som etikett för att generera en lista över unika konfigurationer optimerad på pw91 6311 plus plus G star star teori nivå och spara i den unikaStrukturer-lb. datafil. För att erhålla vibrationsstrukturen och energierna hos de glycin- och vattenkluster som är nödvändiga för att beräkna de önskade termokemiska korrigeringarna, kopiera listan över unika strukturer från QM-katalogen pw91-lb till QM pw91-lb ultrafine directory och ändra katalogen till QM/pw91-lb ultrafine.
Kör ultrafin densitet funktionell teori skriptet run-pw91-lb-ultrafine. csh som UF är en etikett för den här uppsättningen beräkningar, Q är den föredragna kön på datorklustret och 10 anger att 10 beräkningar ska grupperas i ett batchjobb. Detta skript kommer automatiskt att generera ingångarna för Gaussian 09 och skicka alla beräkningar.
När de inskickade beräkningarna är klara använder du getRotConsts-dft-lb-ultrafine. csh-kommando för att beräkna de rotationskonstanter som de ultrafina optimerade klustren har. Här är pw91 den densitet funktionella används och n är antalet atomer i klustret.
Använd likhetenAnalys. py script som tidigare nu med UF som etikett för att generera och spara en lista över unika konfigurationer optimerade till ultrafina konvergenskriterier på pw91 6311 plus plus G star star teorinivå i den unikaStructures-uf. datafil.
Kör sedan run-thermo-pw91. csh-skript med unikaStrukturer-uf. datafil som ingången för att beräkna de termodynamiska korrigeringarna.
Kopiera och klistra in kommandoradsutmatningen till det bifogade kalkylbladet med namnet gly-h2o-n.xls. Som de råa energierna i denna beräkning och den efterföljande n är lika med två, tre, fyra och fem beräkningar läggs till det första arket i gly-h2o-n. xls spredsheet, hydratfördelningsbladet som ger jämviktskoncentrationen av hydrater vid olika temperaturer, relativ fuktighet och initiala koncentrationer av vatten och glycin kommer att uppdateras.
Här kan lägsta elektroniska energi isomerer av glycin-vatten kluster observeras. Notera hur vätebindningsnätverket växer i komplexitet när antalet vattenmolekyler ökar förflyttning från ett mestadels planarnätverk till en tredimensionell burliknande struktur vid n motsvarar fem. I denna tabell, ett exempel på utdata run-thermo-pw91.
CSH-skriptet visas. För varje kluster motsvarar energin i pw91 6311 plus plus G-stjärnans stjärna gasfasen elektroniska energier vid pw91 6311 plus plus G stjärna stjärnnivå av teori beräknas på ultrafina integrationsnät i enheter av hartrees samt nollpunkt vibrationsenergi i enheter av kilocalorie per mol. Vid varje temperatur, den beräknade entalpy formation delta H i en Gibbs-fri energi formation delta G anges i enheter av kilokalorier per mol och den beräknade entalpy formation S ges i enheter av kalorier per mol.
I detta bordlägga, representativa uträkningar av denfria energiändringen för slutsumma av hydration och av den sekventiella hydrationen visas. Med hjälp av dessa data kan de atmosfäriska koncentrationerna av hydratiserad glykolin beräknas. Man måste installera rätt programvara och lade till de medföljande skripten för att återspegla den egna datormiljön.
Att lägga till skriptens placering på ens väg är avgörande. Denna teknik användes för att bestämma den katalytiska aktiviteten av atmosfäriska vatten kluster mot peptid bond bildning att bidra till området prebiotiska kemi.
Related Videos
You might already have access to this content!
Please enter your Institution or Company email below to check.
has access to
Please create a free JoVE account to get access
Login to access JoVE
Please login to your JoVE account to get access
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Your JoVE Unlimited Free Trial
Fill the form to request your free trial.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You!
A JoVE representative will be in touch with you shortly.
Thank You!
You have already requested a trial and a JoVE representative will be in touch with you shortly. If you need immediate assistance, please email us at subscriptions@jove.com.
Thank You!
Please enjoy a free 2-hour trial. In order to begin, please login.
Thank You!
You have unlocked a 2-hour free trial now. All JoVE videos and articles can be accessed for free.
To get started, a verification email has been sent to email@institution.com. Please follow the link in the email to activate your free trial account. If you do not see the message in your inbox, please check your "Spam" folder.
