Рассчет электростатического потенциала



Лабораторная работа 2. Вычисление электростатического потенциаля для молекул воды и иона гидроксония. Постороение кластеров молекул воды  

Создание молекулы воды

Для того чтобы создать модель и построить структуру воды нужно:

1.1. Убедиться, что пункт Show Hydrogens включен, и пункт Perspective выключен в диалоговом окне Rendering.

1.2. В диалоговом окне Default Element отключить Explicit Hydrogens и  выбрать Oxygen.

1.3. Курсор установите на рабочем поле и щелкните по нему, чтобы нарисовать атомы кислорода. Выберите в таблице водород и щелкните дважды вблизи атома кислорода. Соедините атомы между собой.

1.4. Щелкните дважды на инструменте Выбора (Selection) или воспользуйтесь командами Build. Model Builder.

1.5. Обозначьте атомы в молекуле символами.

Ваш рисунок должен выглядеть так:

Угол между связями для этой построенной модельной структуры – 109 градусов.

 

Выравнивание структуры

Прежде чем вычислять волновую функцию, поместите молекулу в стандартную ориентацию, совместив вторичную инерционную ось воды (ось симметрии в пространстве молекулы) с осью Y. Для этого:

2.1. Выбрать Align Molecules в меню редактирования (Edit).

2.2. В окне Align box выберете Secondary, а в окне With box выберете Ось Y Y (Axis).

2.3.Удостоверьтесь, что пункт Minor выключен, вам не нужно определять вторичное выравнивание.

2.4.Нажмите ОК.

Молекула воды должна ориентироваться на рабочем пространстве как на рис.

2.5.Сохраните структуру как h2o.hin.

 

Расчет атомных зарядов

Можно задать заряды на атомах вручную, используя команду Set Charges в меню Build. Заряды могут быть заданы автоматически, если молекула, которую Вы используете, прочитана из файла шаблона, такого типа как файл PDB.

Получите заряды атомов, делая полуэмпирическое механическое вычисление.

Сначала, покажите, что ни один из зарядов в настоящее время не назначен для молекулы воды. Для этого нужно:

3.1. Открыть диалоговое окно Labels.

3.2. Выбрать Charge (Заряд), в опции Atom (Атом), и затем ОК. Ярлыки показывают, что ни один заряд не установлен для молекулы.

Вычисление волновой функции

Волновая функция построена из молекулярных орбиталей и описывает распределение электронов в молекуле. Вычислите волновую функцию для молекулы воды.

Вычислить волновую функцию:

4.1.Выбрать Semi-empirical в главном меню.

4.2. Выбрать метод CNDO , затем выберите Options (Опции).

Вы могли бы выбрать также один из других доступных методов, но в этом случае будем использовать CNDO, как метод вычисления.

4.3. Используйте следующие настройки в диалоговом окне Semi-empirical Options:

Эти параметры указывают, что вычисления будут выполнены методом Restricted Hartree-Fock (RHF), с точностью до 0.0001, что означает, вычисление заканчивается, когда отличие в энергии после двух последовательных повторений  меньше чем 0.0001 ккал/моль. Максимальное число повторений 50 используется, чтобы достигнуть последовательной волновой функции. Полный заряд - 0, и  вращения - 1. Вычисление будет выполнено на самом низком уровне без специального ускорения.

4.4. Нажмите ОК, чтобы закрыть диалоговое окно (Semi-empirical options), затем нажмите ОК для закрытия окна Semi-empirical Method .

5. Выберите Single Point в меню вычислений (Compute menu).

Получившиеся энергия, градиент, и атомные заряды должны быть следующие:

Energy=-320,166711 кал/моль, Gradient=124,383342, Symmetry C2V. На атомах водорода заряд +0,145, на атоме кислорода– -0,29

(Ваша энергия и градиент могут немного отличаться.)

Рассчет электростатического потенциала

5.1. Снимите Labels в меню Display.

5.2. Выберите Plot Molecular Properties из меню Compute, чтобы открыть диалоговое окно Plot Molecular Properties Options.

5.3. Выберите Electrostatic Potential как тип графика, который Вы хотите показать и выберете двумерное построение контура электростатического потенциала.

HyperChem вычислит и покажет двумерное построение контура для электростатического потенциала.

5.4. Повторно откройте диалоговое окно Plot Molecular Properties. Нажмите на Contour Grid tab, чтобы показать свойства сетки контура.

5.5. Установите горизонтальные пункты (Horizontal grid) на 60.

5.6. Установите вертикальные пункты(Vertical grid) на 60.

5.7. Установите уровни контура(Contour levels) на 30.

5.8. Установите погашение плоскости (Plane Offset )на 0.5.

5.9.Нажмите Ок для начала расчёта.

5.10. Через некоторое время появится электростатический потенциал.

5.11. Повторно откройте диалоговое окно Plot Molecular Properties и выберите трехмерный контур (Isosurface) вместо двумерного. Это поможет показать электростатический потенциал в трехмерной поверхности.

5.12. Нажмите на Isosurface Rendering. Задайте величину электростатического потенциала контура 0.1, и выберите Shaded surface (Заштрихованная поверхность). Поверхность покажет, что в трехмерной плоскости электростатический потенциал имеет величину 0.1 e/a. Поверхность будет заштрихована.

5.13. Перейдите на вкладку Isosurface Grid, чтобы открыть окно свойств сетки. Определите, что сетка должна быть средней (Medium grid). Это окно позволит Вам выбирать, должна ли поверхность быть вытянута в нескольких точках (для грубой картины, которая вычислена быстро), или во многих точках (для гладкой картины, которая требует намного более долгих вычислений). Нажмите ОК.

5.14. Повторно откройте диалоговое окно Plot Molecular Properties и выберете 3D Mapped Isosurface . В этом случае будет построена поверхность с общими значениями, определенной полной плотностью заряда, но окрашеная согласно электростатическому потенциалу.

5.15. Нажмите на Isosurface Rendering ,чтобы открыть свойства. Определите значение плотности контура 0.135, и выберите заштрихованную поверхность Gouraud.

5.16. Нажмите на Mapped Function, чтобы показать возможные функции. Определите минимальную величину -1.0 и максимальную 1.0. Удостоверьтесь, что вывод легенды диапазона показа (Display Range Legend) включен. Поверхность будет окрашена согласно электростатическому потенциалу.

5.17. Нажмите Ок, чтобы начать вычисление поверхности.

Поверхность электростатического потенциала должна выглядеть так:


Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 408; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!