پایان نامه ها و مقالات

دانلود پایان نامه درباره دو قطبی، داده های ورودی، ساختار داده، پیش داوری

دسامبر 29, 2018

باشد که خود از مجموع چند نرم افزار طراحی و محاسباتی تشکیل شده است و توانایی این نرم افزار در سادگی کار با آن می باشد.
1-2-9-2 کاربرد نرم افزار کم آفیس
Chem 3D Ultra :
این نرم افزار برای طراحی سه بعدی ساختار مولکول ها می باشد.
Chem Draw :
اگر ساختار مولکولی پیچیده برای رسم وجود داشته باشد به نرم افزار Draw Chem که در بسته ی نرم افزار کم آفیس قرار دارد مراجعه می شود . محیط Chem Draw ، ساده ترین روش رسم ساختار مولکول در این نرم افزار می باشد.
محاسبات Mopac با Chem Office
بعد از رسم هر شکل باید بهینه سازی اولیه روی ساختار انجام شود که در این کار توسط نرم افزار محاسباتی Mopac در Chem Office انجام می شود.
رسم NMR
برای رسم NMR ابتدا ساختار مورد نظر انتخاب می شود.
محاسبات QSPR و QSAR
درون این نرم افزار محاسبات زیادی برای QSPR و QSAR از قبیل نقطه ی جوش ، حلالیت در چربی و غیره وجود دارد.

3-9-2 معرفی نرم افزارهای Mopac
نرم افزار قدرتمند اوربیتال مولکولی برای محاسبات نیمه تجربی مولکول شیمیایی است که ضمن مطالعه ی ساختار مولکولی به واکنش شیمیایی نیز می پردازد.
این نرم افزار با استفاده از خروجی DAT نرم افزار PC Model و همچنین ZMT نرم افزار Hyper Chem که شامل زوایای پیچشی ، زوایای پیوندی و طول پیوند های مولکولی ، محاسبات را انجام می دهد. در حافظه ی این برنامه به صورت پیش فرض گرمای تشکیل اتم ها و ترکیبات ساده وجود دارد.
با وجود اینکه این نرم افزار بر اساس مفاهیم تئوری کوانتومی و مفاهیم ترمودینامیک عمل کرد و از محاسبات پیشرفته ریاضی کمک می گیرد . داده های ورودی و خروجی این برنامه در حد ممکن ساده هستند تا جائیکه می توان خود را به سایر جنبه های شیمیایی مساله معطوف نمود .
Mopac عملا نسخه ی اصلاح شده و تغییر شکل یافته ی Mopac7 است که تحت MS-DOS با یک سری تغییرات روی آن انجام می شود.
امروزه با طراحی جدید و قدرتمند تر ازقبل با برنامه ویندوز انجام می شود که به صورت آزاد از اینترنت قابل دریافت است. این نرم افزار با استفاده از کلمات کلیدی Key Word که به آن داده می شود قادر به محاسبه ی بسیاری از ویژگی های مولکول است که ویژگی های استفاده شده توسط آن می تواند به عنوان توصیف کننده ی مولکولی به کار می رود.
محاسبه ی طیف ارتعاشی ، کمیت های ترمودینامیک و اثرات الکترونی از قابلیت های این نرم افزار است.
4-9-2 نرم افزار Gaussian 98w
تئوری Gaussian 98w بر این پایه استوار است که مدل های تئوری باید برای همه سیستم های مولکولی با هر اندازه و نوعی بطور یکسان و قابل اجرا باشند. مدل های شیمیایی در گوسین 98 از ترکیب روش های تئوری با مجموعه های پایه حاصل شده اند.
نرم افزار گوسین 98 قادر به پیش بینی خواص بسیاری از مولکول ها و واکنش ها می باشند.
از همان ابتدا باید در محاسبات برنامه ی گوسین به دو مورد زیر توجه کرد:
الف :هدف اصلی از انجام محاسبه
در اینجا منظور از هدف اصلی از انجام محاسبه این است که برای سیستم مشخص کنیم که چه کاری را باید انجام دهد ، زیرا برای انجام هر نوع کار محاسبه ای باید از دستورات مختص به آن استفاده کرد ، مثلا برای بهینه سازی از دستورات OPT استفاده می شود.
ب : روش محاسبه ای
روش های محاسباتی مختلفی برای انجام محاسبه وجود دارند ، این نرم افزار بطور اختیاری از روش های هرتری – فاک استفاده می کند.
گوسین 98 یک گستره ی وسیعی از مدل های نظریه تابعی چگالی را بکار می برد. انرژی ها ، اجزای تجزیه ای و فرکانس های تجزیه ای درست برای تمامی مدل های DFT قابل دسترس است . قابلیت پلاریزاسیون گرفته شده ، شدت های رامان و قابلیت فوق پلاریزاسیون در طی محاسبات فرکانس DFT به حساب نمی آیند. میزان واکنش خود سازگار ( SCRT ) می تواند با انرژی DFT بهینه سازی و محاسبات فرکانس برای مدل سیستم ها استفاده گردد.
5-9-2 معرفی نرم افزار Gaussview
برای مشاهده فایل خروجی گوسین (out) از این نرم افزار استفاده می شود. همچنین برای مشاهد ی پارامتر های مختلف مولکول از Gaussview استفاده می شود برای مشاهده زوایای پیوندی و فواصل بین اتم های مولکول که در آن فاصله بر حسب آنگستروم ملاحظه می شود از این نرم افزار می توان استفاده کرد.
10-2 روش های محاسباتی و معرفی نرم افزار های مورد استفاده دراین پروژه
در این پروژه از نرم افزارهای Gaussview و Gaussian جهت بهینه کردن یا پایدار کردن ترکیبات و محاسبه پارامترهای فیزیکی مختلف استفاده شده است.در این پروژه برای بهینه سازی ترکیبات از روش HF و DFT و OPT و سری پایه 6-31G استفاده شده است.
شایان ذکر است به علت حجیم بودن و پیچیدگی زیاد مولکول ها و تعداد بالای مولکول ها در این پروژه ، برای پایدار کردن و بهینه کردن و محاسبات نهایی هر مولکول زمان بسیاری صرف محاسبه شده است.
در کنار بهینه سازی و محاسبه انرژی برای هر ترکیب مجموعه محاسبات NBO شامل درصد سهم مشارکت اوربیتال ها در هر اتم ، نسبت چگالی بار به هسته و محاسبه Freq (IR ) برای چهار دسته بندی شامل انرژی تراز های HOMO و LUMO و اختلاف تراز انرژی (gap) و λmax و انرژی تشکیل HF محاسبه شده است.
نرم افزار گوسین 98 را می توان به عنوان ابزار پر قدرت برای کاوش در حیطه های گوناگونی از مطالعات شیمیایی نظیر اثرات جایگزینی ، مکانیسم واکنش ها ، رویه های انرژی پتانسیل و انرژی برانگیختگی بکار برد.
این نرم افزار ، نرم افزاری بسیار مفید و ارزشمند در علوم مختلف از جمله شیمی محاسباتی است. این نرم افزار مجموعه ای از نرم افزار های
به هم پیوسته می باشد که انواع محاسبات اوربیتال مولکولی Ab initio و نیمه تجربی را انجام می دهد .
در گوسین 98 کل ورودی استاندارد دارای قالب آزاد و قابل فهم می باشد . برای داده های ورودی ، پیش فرض های منطقی در نظر گرفته شده است.
خروجی هم به گونه ای تنظیم شده است که خود بیانگر موارد زیادی است. این نرم افزار مکانسیم هایی دارد که به کاربران پیشرفته امکان می دهد تا پیش فرض ها را تغییر دهند. در حالت کلی ورودی در گوسین 98 از یک سری قواعد خاص پیروی می کند که بخش مسیر در فایل ورودی آن نوع محاسبه را تعیین می کند .
این مشخصه دارای سه قطعه می باشد:
نوع ورودی
روش
مجموعه پایه
تلفیق روش و مجموعه پایه شیمی ,مدل را برای گوسین 98 معین می نماید که به آن سطح نظری گفته می شود. در ورودی آن باید نوع روش و مجموعه پایه کاملا مشخص باشد. این کار معمولا به وسیله دو واژه کلیدی در درون قطعه ی مسیر در فایل ورودی انجام می گیرد.
11-2 مطالعه بر روی مشخصات مولکول در گوسین
در این قطعه از ورودی ، موقعیت هسته ها و تعداد الکترون های α و β مشخص می شوند. برای تعیین پیکربندی هسته ها ، چند راه وجود دارد :
به صورت Z- ماتریس
به صورت مختصات دکارتی
ترکیب هر دو
در اولین خط از قطعه مشخصات مولکول ، بار الکتریکی و چند گانگی اسپین مشخص می شود. از این رو برای مولکول خنثی در حالت یکتایی ، مدخل [10] مناسب است و برای یون یا رادیکال منفی از (2 و -1 ) استفاده می شود. برای نشان دادن عنصر ، روش متداول این است که پس از نام عنصر یک عدد صحیح ثانویه به عنوان شناسه آورده شود . C1 و C2 و … .
در مختصات دکارتی از شناسه های عناصر صرف نظر می شود. در حالت کلی نرم افزار های گوسین 98 یک سری ورودی دریافت میکند . با اجرای محاسبات ، یک فایل خروجی ارئه می کند. هنگام اجرای محاسبه می توان پنجره ی باز شده ، چگونگی مراحل محاسبه را مشاهده نمایید.
نتایج محاسبات در فایل خروجی تحت نام فایل ورودی که داده شده ، ظاهر می شوند. فایل خروجی یک فایل طولانی است که بهینه سازی شکل و محاسبه ی فرکانس های ارتعاشی بعدی را انجام می دهد.
12-2 آشنایی بیشتر با نرم افزا رw Gaussian 98
این برنامه برای محدوده ی وسیعی از سیستم های تحت شرایط مختلف طراحی شده است و محاسبات آغازین را از قوانین مکانیک کوانتوم اجرا می کند. Gaussian98w توسط شیمیدانان ، فیزیکدانان و مهندسین جهت تحقیق در مطالعه مولکول ها و واکنش های معین با پتانسیل مورد نظر شامل گونه های پایدار و نیز ترکیباتی که مشاهده ی تجربی آن ها غیر ممکن است ، حد واسط ها با عمر کوتاه ، ساختار های گذار و … بکار می رود .
گوسین 98 می توان انرژی ساختار های مولکولی ، فرکانس های ارتعاشی همراه با خواص مولکول متعدد را برای سیستم ها در فاز گازی و در محلول پیش بینی نمایند و نیز می تواند آن ها را در حالت پایه و بر انگیخته مدل سازی کند. شیمیدان ها این نتایج بنیادی را برای انجام تحقیقاتشان با استفاده از گوسین 98 برای کشف پدیده های شیمیایی همچون اثرات استخلافی ، مکانیسم واکنش ها و گذار الکترونی بکار می برند.
یکسری از روش های موجود در گوسین 98 عبارتند از :
HF, MP2 , MP5 , BD
DFT , CASSCF , QCISD , CIS
13-2 پیش بینی خواص مولکولی حاصل شده از گوسین
گوسین 98 توانایی پیش بینی بسیاری از خواص مولکول ها و واکنش ها را دارد که عبارتند از :
قابلیت پلاریزاسیون و فوق پلاریزاسیون
قطبش پذیری و ابر قطبش پذیری
حفاظت NMR و توانایی جذب مغناطیسی
الکترون خواهی و پتانسیل یونیزاسیون
ساختار و انرژی حالت گذار
مسیر انجام واکنش
طیف های رامان و IR
بار های اتمی
انرژی های پیوندی و واکنش ها
قطبش پذیری
خواص ترموشیمیایی
ممان چند قطبی
شدت های منشوری چرخشی ارتعاشی
اوربیتال های مولکولی
ساختار و انرژی مولکول
14-2 روش های مکانیک مولکولی و روش های نیمه تجربی
در بیشتر روش ها ، تعیین مجموعه پایه الزامی است ، چنانچه هیچ واژه کلیدی برای مجموعه پایه انتخاب نشود . از مجموعه پایه ی STO – 3G استفاده می شود.
مجموعه های پایه های زیر در برنامه گوسین 98 یافت می شوند:
6-31G , 6-311G , 4-31G , 6-21G , 3-21G , STO-3G , …
اولین توابع قطبش منفرد را می توان با استفاده از نمادهای * یا ** در خواست کرد.
دو عبارت ** با ( d , p ) مترادف می باشند.
مثال: 6-31g** = 6-31G(d,p)
و مجموعه توابع پایه ی 3-21* فقط برای اتم های ردیف دوم دارای توابع قطبش می باشند.
15-2 روش های محاسباتی initio Ab
کلمه لاتین initio Ab به معنای آغاز می باشد که نشانه ی محاسبه بر مبنای اصول بنیادی است . این روش ، مطمئن ترین و معتبرترین روش ها می باشند ، چون بهترین تقریب های ریاضی را برای سیستم هایی با تعداد اتم های زیاد ، حجم محاسبات زیاد بوده و احتمال وجود موانعی در حین کار می باشند ، پس باید از روشی مناسب استفاده شود .
یکی از روش های مناسب در این حالت روش initio Ab می باشد که تحقیقات ما در این پروژه با روش initio Ab انجام گرفته است.

در شیمی کوانتومی initio Ab از سه فرض بسیار مهم استفاده می شود که عبارتند از:
الف ) تقریب بودن اپنهایمر که در ان هسته در مقایسه با حرکت الکترون ثابت فرض می شود.
ب ) سری پایه ، نشانگر اوربیتال مولکولی
ج ) همبستگی الکترون که در برخی سطوح نظری در نظر گرفته می شود.
اولین روش محاسباتی initio Ab ، روش میزان خود سازگا ری هارتری-فاک (HF-SCF) است.
1-15-2 توانایی روش initio Ab
قابلیت محاسبه حالت های پایه و برانگیخته
قابلیت محاسبه ی توابع موج و توصیف های جزئی اوربیتال های مولکولی
محاسبه ی فرکانس های ارتعاشی شدت های IR و رامان و جابجایی شیمیایی NMR
قابلیت محاسبه ی ژنومتری ها و انرژی های ساختارهای تعادل ، ساختار گذار ، حد واسط ها و گونه های خنثی و باردار
محاسبه انرژی های یونیزاسیون و الکترون خواهی
انجام محاسبات برای همه ی عناصر
قابلیت محاسبه ی بار های اتمی ، ممان دو قطبی و چند قطبی ، قطبش پذیری ها
در نظر گرفتن اثرات الکترواستاتیک روی حلال پوشی
2-15-2 مراحل اجرای یک محاسبه با روش initio Ab
خواندن ورودی و محاسبه ی یک ساختار : برای اجرای محاسبه به یک ساختار مولکولی نیاز است. به هنگام بهینه سازی ساختار محاسبه ی انرژی و گرادیان به ازای هر ساختار انجام می شود.
تعیین سری پایه : در این مرحله یک سری پایه تعیین می شود که ساختار داده شده را بهینه می کند.
محاسبه ی انرژی کل : با افزوردن انرژی دافعه ی هسته ای به انرژی الکترونی بدست می آیند.
تعیین پیکربندی الکترونی : بار کلی مولکول و چندگانگی آن در فایل داده شده مشخص می شود
محاسبه ی انتگرال ها : انتگرال هایی که شامل همه ی عبارت ها در هامیلتونی سیستم و تابع های سری پایه است ، محاسبه می شوند.
تحلیل چگالی الکترون : بار های اتمی ، ممان های چند قطبی و دو قطبی محاسبه می شوند.
اجرای تکرار در میدان خودسازگاری SCF به منظور محاسبه ی انرژی الکترونی .
محاسبه ی انرژی دافعه هسته : بعد از تعیین ساختار و سری پایه انرژی دافعه ی هسته ارزیابی می شود که برابر است با ε (ZA.Zb)/RAB = Eh که در آن ZA و ZB عدد اتمی هستد و RAB فاصله ی بین اتم های A و B می باشند.
تولید حدس اولیه : یک سری از اوربیتال های مولکولی تقریبی به عنوان اولین حدس برای ایجاد اوربیتال های مولکولی انتخاب می شوند . سپس به ترتیب بالا رفتن انرژی کامل شده تا همه ی الکترون ها استفاده شود . سپس محاسبه انرژی هارتری – فاک پیشرفته با محاسبه ی مشتق های اول انرژی و در نظر گرفتن مختصات اتمی و با بهینه سازی ساختار با محاسبه ی مشتقات دوم انرژی نسبت به مختصات اتمی و بدست آوردن فرکانس های ارتعاشی می باشد.

مهمترین اشکال روش هارتری- فاک نادیده گرفتن همبستگی الکترون ها می باشد . در این روش بر هم کنش الکترون ها فقط از طریق چگالی متوسط الکترونی در نظر گرفته می شود . در حقیقت دافعه ی لحظه ای و همزمان الکترون ها همان انرژی همبستگی می باشد.
روش های initio Ab دیگری علاوه بر روش هارتری – فاک وجود دارند که در آن ها همبستگی الکترون ها در نظر گرفته می شود.
3-15-2 شرایط روش initio Ab
جواب ما باید هم با ساختار و هم با حالت های الکترونی مولکولی تعریف شوند.
مدل باید مبتنی بر روش تغییرات باشد.
مدل نباید دارای پیش داوری باشد یعنی بین اتم ها پیوند شیمیایی منظور نشود.
مدل باید متناسب با اندازه ی مولکول باشد.
انرژی پتانسیل مولکول باید نسبت به جابجایی هسته های اتم بطور پیوسته تغییر کند.
4-15-2 نکات قوت روش initio Ab
روش initio Ab جز روش های تمام کوانتومی است که صحت محاسبات در آن

No Comments

Leave a Reply