Name: computation of atmospheric concentrations of molecular clusters from ab initio thermochemistry
Uploaded: 2020-04-08T15:00:00
Duration: 12 min 11 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Computation of Atmospheric Concentrations of Molecular Clusters from ab initio Thermochemistry at JoVE.com

تم دعم هذا المشروع من خلال المنح CHE-1229354، CHE-1662030، CHE-1721511، وCHE-1903871 من المؤسسة الوطنية للعلوم (GCS)، وجائزة أرنولد ومابيل بيكمان للباحثين (AGG)، ومنحة باري م. جولدووتر (AGG). واستُخدمت موارد الحوسبة العالية الأداء التابعة لاتحاد الزئبق (http://www.mercuryconsortium.org).

وتتوقف دقة البيانات التي يولدها هذا البروتوكول أساساً على ثلاثة أمور: '1' تنوع التكوينات التي أخذت عينات منها الخطوة 2، '2' دقة الهيكل الإلكتروني للنظام، '3' ودقة التصحيحات الحرارية. يمكن معالجة كل من هذه العوامل عن طريق تعديل الأسلوب عن طريق تحرير البرامج النصية المضمنة. يتم التغلب بسهولة على العامل الأول باستخدام مجموعة أولية أكبر من الهياكل التي تم إنشاؤها عشوائيًا ، وتكرارات أكثر عددًا من الجمعية العامة ، وتعريف أكثر مرونة للمعايير المشاركة في الجمعية العامة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمرء استخدام طريقة مختلفة شبه تجريبية مثل كثافة الشحنة المتسقة ذاتيًا - المحدودة -الربط المحكم (SCC-DFTB)62 ونموذج السعة الفعالة للتجزئة (EFP)63 من أجل استكشاف آثار الأوصاف الفيزيائية المختلفة. القيد الرئيسي هنا هو عدم قدرة الطريقة على تشكيل أو كسر السندات الكوفانية ، مما يعني أن يتم تجميد مونومرات. يجد الإجراء GA فقط المواقف النسبية الأكثر استقرارا من هذه مونومرات المجمدة وفقا للوصف شبه التجريبية.
ويمكن تحسين دقة الهيكل الإلكتروني للنظام بطرق متنوعة، لكل منها تكلفته ابتيالية. يمكن للمرء أن يختار أفضل كثافة وظيفية، مثل M06-2X64 وwB97X-V65،أو الكم الميكانيكية (QM) طريقة مثل Møller-Plesset66،,67،,68 (MPn) نظريات الاضطرابات والمقترنة الكتلة69 (CC) أساليب من أجل تحسين الوصف المادي للنظام. في التسلسل الهرمي للوظائف ، يتحسن الأداء بشكل عام عند الانتقال من وظائف تقريب التدرج المعمم (GGA) مثل PW91 إلى الوظائف الهجينة المنفصلة عن النطاق مثل wB97X-D والوظائف الهجينة الفوقية GGA مثل M06-2X.
وعيب أساليب DFT هو أن التقارب المنهجي نحو قيمة دقيقة غير ممكن؛ ومع ذلك ، أساليب DFT غير مكلفة حسابيا وهناك مجموعة واسعة من الوظائف لمجموعة واسعة من التطبيقات.
الطاقات المحسوبة باستخدام أساليب الموجات مثل MP2 و CCSD (T) بالاقتران مع مجموعات أساس متسقة للارتباط من العدد الكاردينالي المتزايد ([aug-] cc-pV [D, T, Q,...] Z) تتلاقى نحو حد مجموعة الأساس الكامل بشكل منهجي ، ولكن التكلفة الحسابية لكل حساب تصبح باهظة مع نمو حجم النظام. ويمكن إنجاز المزيد من التنقيح للهيكل الإلكتروني باستخدام مجموعات أساس مترابطة صراحة70 وبالاستقراء على حد الأساس الكامل (CBS)71. عملنا الأخير يشير إلى أن كثافة المجهزة بشكل صريح مترابطة من الدرجة الثانية مولر-Plesset (DF-MP2-F12) نهج مضطرب ة تسفر عن طاقات تقترب من أن من حسابات MP2 / CBS32. تعديل البروتوكول الحالي لاستخدام أساليب بنية إلكترونية مختلفة ينطوي على خطوتين: (1) إعداد ملف إدخال قالب بعد بناء الجملة التي قدمها البرنامج، (2) وتحرير تشغيل pw91-sb.csh، تشغيل pw91-lb.csh،والبرامج النصية تشغيل pw91-lb-ultrafine.csh لتوليد بناء جملة ملف الإدخال الصحيح وكذلك النصي تقديم الصحيح للبرنامج.
وأخيراً، تعتمد دقة التصحيحات الحرارية على طريقة الهيكل الإلكتروني وكذلك على وصف نظام المعلومات الجغرافية حول الحد الأدنى العالمي. يتطلب الوصف الدقيق للPES حساب المشتقات الثالثة والعليا من PES فيما يتعلق بالتشريد في الدرجات النووية للحرية ، مثل حقل القوة الكوار72،73 (QFF) ، وهي مهمة مكلفة بشكل استثنائي. يستخدم البروتوكول الحالي تقريب المذبذب التوافقي إلى ترددات الاهتزازية ، مما يؤدي إلى الحاجة إلى حساب ما يصل فقط إلى المشتقات الثانية من PES. هذا النهج يصبح إشكالية في النظم مع الانسجام عالية، مثل الجزيئات المرنة جدا ومتماثل ة مزدوجة البئر المحتملة بسبب الفرق الكبير في PES الحقيقي وPES التوافقي. وعلاوة على ذلك، فإن تكلفة وجود نظام إدارة المؤشرات الإلكترونية عالي الجودة من طريقة بنية إلكترونية تتطلب استخداماً حسابياً لا يؤدي إلا إلى تفاقم مشكلة تكلفة حسابات التردد الاهتزازي. ويتمثل أحد النهوج المتبعة في التغلب على ذلك في استخدام الطاقات الإلكترونية المستمدة من حساب هيكل إلكتروني عالي الجودة إلى جانب ترددات اهتزازية محسوبة على نظام PES أقل جودة، مما يؤدي إلى تحقيق توازن بين التكلفة والدقة. ويمكن تعديل البروتوكول الحالي لاستخدام أوصاف PES مختلفة كما هو موضح في الفقرة السابقة؛ ومع ذلك، يمكن للمرء أيضاتحرير الكلمات الرئيسية تردد اهتزازي في البرامج النصية والقوالب لحساب ترددات اهتزازية أنوينية.
وثمة مسألتان حاسمتان لأي بروتوكول لأخذ العينات التكوينية هما الطريقة الأولية لأخذ عينات من سطح الطاقة المحتمل والمعايير المستخدمة لتحديد كل مجموعة. لقد استخدمنا على نطاق واسع مجموعة متنوعة من الأساليب في عملنا السابق. بالنسبة للمسألة الأولى ، وهي الطريقة الأولية لأخذ عينات من سطح الطاقة المحتمل ، قمنا باختيار استخدام GA مع أساليب شبه تجريبية استنادًا إلى هذه العوامل. أخذ العينات التكوينية باستخدام الحدس الكيميائي26، وأخذ العينات العشوائية ، والديناميات الجزيئية (MD)29،30، تفشل في العثور على minima العالمية المفترضة بانتظام لمجموعات أكبر من 10 مونومرات ، كما لاحظنا في دراساتنا لمجموعات المياه18. لقد استخدمنا بنجاح حوض التنقل (BH) لدراسة PES معقدة من (H2O)1174، لكنه يتطلب إدراج دليل بعض ايزومرات الطاقة المنخفضة المحتملة خوارزمية BH لم تجد. وأثبتت مقارنة أداء البوسنة والهرسك والجمعية العامة في العثور على الحد الأدنى العالمي لمجموعات المياه(H2O)n=10-20 أن الجمعية العامة وجدت باستمرار الحد الأدنى العالمي أسرع من75BH . الجمعية العامة كما نفذت في OGOLEM وCLUSTER هو تنوعا جدا لأنه يمكن تطبيقها على أي كتلة الجزيئية ويمكن أن تتفاعل مع عدد كبير من الحزم مع حقل القوة الكلاسيكية، شبه التجريبية، كثافة وظيفية، وقدرات ab initio. يتم اختيار PM7 من خلال سرعته اما الدقة المعقولة. أي طريقة شبه تجريبية أخرى تقريبا سيكون لها تكلفة حسابية أعلى بكثير.
أما بالنسبة للمسألة الثانية ، فقد استكشفنا استخدام معايير مختلفة لتحديد هياكل فريدة تتراوح بين الطاقات الإلكترونية ، ولحظات ثنائي القطب ، وتداخل RMSDs والثوابت التناوبية. استخدام لحظات ثنائي القطب ثبت من الصعب لأن كل من مكونات لحظة ثنائي القطب كانت تعتمد على اتجاه الجزيء واللحظة الديبول الكلي كان حساسا جدا لاختلافات الهندسة في مثل هذه الطريقة التي كان من الصعب تحديد عتبات تحديد هو الهياكل هي نفسها أو فريدة من نوعها. وثبت أن الجمع بين الطاقات الإلكترونية والثوابت التناوبية هو الأكثر فائدة.
وتستند المعايير الحالية لاعتبار هيكلين فريدين على عتبة فرق الطاقة 0.10 سعرحراري-1 وفارق ثابت دوراني قدره 1 في المائة. لذلك ، يعتبر هيكلان مختلفان إذا كانت طاقاتهما تختلف بأكثر من 0.10 سعرحراريمول -1 (~ 0.00015 وحدة حرارية) وأي من ثوابتها الدورانية الثلاثة (A، B، C) تختلف بأكثر من 1٪. ووجدت المعايير الداخلية الهامة على مر السنين أن هذه العتبات هي خيارات معقولة. وقد تم تطبيق نهجنا أخذ العينات التكوينية ومنهجية الفحص إلى مجموعات مقيدة ضعيفة للغاية مثل الهيدروكربونات متعددة العطريات المعقدة بالماء76،77 وكذلك هيدرات كبريتات ternary ملزمة بقوة تحتوي على الأمونيا والأمينات32. بالنسبة للمجموعات التي توجد فيها حالات بروتون مختلفة يجب النظر فيها ، فإن أفضل نهج هو إجراء حسابات الجمعية العامة المختلفة ، كل منها يبدأ بمونومرات في حالات البروتون المختلفة. وهذا يضمن أن الهياكل ذات حالات البروتونات المختلفة يتم النظر فيها بعناية. ومع ذلك ، فإن حسابات DFT منخفضة المستوى غالبا ً ما تسمح لدول البروتونات بالتغيير أثناء تحسين الهندسة ، وبالتالي تسفر عن حالة البروتونالأكثر استقرارًا بغض النظر عن هندسة البداية.
يجب أن تعمل طرق أخذ العينات التكوينية الخاصة بنا بشكل جيد حتى بالنسبة للجزيئات المرنة طالما أن رموز GA مُربطة بأساليب عامة غير معلمة تسمح للمونومرات باعتماد تكوينات مختلفة أثناء تشغيل GA. على سبيل المثال، من شأن ربط الجمعية العامة مع PM7 أن يسمح بتغيّر هياكل مونومرات، ولكن إذا انكسرت روابطها كما سيحدث عندما تتغير دول البروتونات، فقد يتم التخلص من الهياكل كمرشحين غير مقبولين.
لقد نظرنا في طرق مختلفة لتصحيح أوجه القصور في التقريب التوافقي ، وخاصة تلك الناشئة عن الترددات الذبذبية المنخفضة. وليس من الصعب إدراج التقريب شبه التوافقي في المنهجية الحالية. ومع ذلك ، لا تزال هناك أسئلة حول الطريقة شبه التوافقية ، خاصة عندما يتعلق الأمر بتردد القطع الذي سيتم تطبيقه أدناه. أيضا، لا توجد أعمال قياس صارمة دراسة موثوقية تقريب شبه RRHO على الرغم من أن الحكمة التقليدية تشير إلى أنه ينبغي أن يكون تحسنا على تقريب RRHO.
ويمكن تعميم البروتوكول المعروض على هذا النحو على أي نظام من الكتل الجزيئية لمرحلة الغاز غير المنضمة. كما يمكن تعميم استخدام أي طريقة شبه تجريبية، وطريقة الهيكل الإلكتروني ة والبرمجيات، وطريقة التحليل الاهتزازي والبرمجيات عن طريق تحرير البرامج النصية والقوالب. هذا يفترض أن المستخدم مرتاح مع واجهة سطر الأوامر لينكس ، الكتابة النصية بيثون ، والحوسبة عالية الأداء. بناء الجملة غير مألوفة ونظرة من نظام التشغيل لينكس وعدم وجود خبرة البرمجة هو أكبر عثرة في هذا البروتوكول، وحيث الطلاب الجدد النضال أكثر. وقد استخدم هذا البروتوكول بنجاح في مجموعة متنوعة من التطبيقات لسنوات في مجموعتنا، مع التركيز في الغالب على آثار حمض الكبريتيك والأمونيا على تكوين الهباء الجوي. وستشمل التحسينات الإضافية التي أدخلت على هذا البروتوكول وجود واجهة أقوى لبرامج الهيكل الإلكترونية، والتطبيقات البديلة للخوارزمية الجينية، وربما استخدام أساليب أحدث لإجراء حسابات أسرع للطاقات الإلكترونية والاهتزازية. تطبيقاتنا الحالية لهذا البروتوكول هي استكشاف أهمية الأحماض الأمينية في المراحل المبكرة من تكوين الهباء الجوي في الغلاف الجوي الحالي وفي تشكيل جزيئات بيولوجية أكبر في بيئات البريبايوتيك.

وأكثر البارامترات غموضا في الدراسات الجوية لتغير المناخ هي المدى الدقيق الذي تعكس به جسيمات السحب الإشعاع الشمسي الوارد. الهباء الجوي، وهي جسيمات معلقة في الغاز، تشكل جزيئات سحابية تسمى نواة التكثيف السحابي (CCN) التي تبعثر الإشعاع الوارد، وبالتالي منع امتصاصه والتدفئة اللاحقة للغلاف الجوي1. ويتطلب الفهم المفصل لهذا التأثير الصافي للتبريد فهم نمو الهباء الجوي إلى شبكات الكربون المتعددة الاستراتيجية، الأمر الذي يتطلب بدوره فهم نمو المجموعات الجزيئية الصغيرة في جزيئات الهباء الجوي. وقد أشارت الأعمال الأخيرة إلى أن تشكيل الهباء الجوي يبدأ بواسطة مجموعات جزيئية قطرها 3 نانومتر أو أقل2؛ ومع ذلك ، فإن نظام الحجم هذا يصعب الوصول إليه باستخدام التقنيات التجريبية3،4. لذلك ، يتم طلب نهج النمذجة الحسابية من أجل التغلب على هذا القيد التجريبي.
باستخدام نهج النمذجة لدينا المذكورة أدناه، يمكننا تحليل نمو أي مجموعة رطبة. لأننا مهتمون بدور الماء في تكوين جزيئات بيولوجية كبيرة من مكونات أصغر في بيئات ما قبل الحيوية ، فإننا نوضح نهجنا مع الجليسين. التحديات التي تواجهها والأدوات اللازمة لمعالجة تلك الأسئلة البحثية هي مشابهة جدا لتلك التي شاركت في دراسة الهباء الجوي ومجموعات prenucleation5،6،7،8,،9،10,،11،12،13،14،15. هنا، نقوم بفحص مجموعات الجليسين الرطبة بدءًا من جزيء جليسين معزول تليه سلسلة من الإضافات التدريجية تصل إلى خمسة جزيئات مائية. الهدف النهائي هو حساب تركيزات التوازن من Gly (H2O)n = 0-5 مجموعات في الغلاف الجوي في درجة حرارة الغرفة في مستوى سطح البحر والرطوبة النسبية (RH) من 100 ٪.
وهناك عدد صغير من هذه المجموعات الجزيئية دون النانومتر تنمو لتصبح كتلة حرجة metastable (1-3 نانومتر في القطر) إما عن طريق إضافة جزيئات بخار أخرى أو تخثر على المجموعات القائمة. هذه المجموعات الحرجة لديها لمحة النمو مواتية مما يؤدي إلى تشكيل أكبر بكثير (تصل إلى 50-100 نانومتر) نواة التكثيف سحابة (CCN)، والتي تؤثر بشكل مباشر على كفاءة هطول الأمطار من الغيوم وكذلك قدرتها على عكس ضوء الحادث. ولذلك، فإن الفهم الجيد للديناميكا الحرارية للمجموعات الجزيئية وتوزيعات توازنها ينبغي أن يؤدي إلى تنبؤات أكثر دقة بأثر الهباء الجوي على المناخ العالمي.
يتطلب النموذج الوصفي لتشكيل الهباء الجوي الديناميكا الحرارية الدقيقة لتشكيل الكتلة الجزيئية. يتطلب حساب الديناميكا الحرارية الدقيقة لتكوين الكتلة الجزيئية تحديد التكوينات الأكثر استقرارًا ، والتي تنطوي على العثور على المينيما العالمية والمحلية على سطح الطاقة المحتمل للكتلة (PES)16. وتسمى هذه العملية أخذ العينات التكوينية ويمكن تحقيقها من خلال مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك تلك القائمة على الديناميات الجزيئية (MD)17،18،,19،20، مونتي كارلو (MC)21،22، والخوارزميات الوراثية (GA)23،24،25.
وقد وضعت بروتوكولات مختلفة على مر السنين للحصول على هيكل والديناميكا الحرارية من هيدرات الغلاف الجوي على مستوى عال من النظرية. واختلفت هذه البروتوكولات في اختيار '1' طريقة أخذ العينات التكوينية، و'2' طبيعة الأسلوب المنخفض المستوى المستخدم في أخذ العينات التكوينية، و'3' التسلسل الهرمي للأساليب الرفيعة المستوى المستخدمة لتحسين النتائج في الخطوات اللاحقة.
وشملت أساليب أخذ العينات التكوينية الحدس الكيميائي26، وأخذ العينات العشوائية27،28، الديناميات الجزيئية (MD)29،30، حوض التنقل (BH)31، والخوارزمية الوراثية (GA)24،25،32. وأكثر الطرق المنخفضة المستوى شيوعاً المستخدمة في أساليب أخذ العينات هذه هي حقول القوة أو النماذج شبه التجريبية مثل PM6 و PM7 و SCC-DFTB. وغالبا ما يتبع هذه الحسابات DFT مع مجموعات أساس أكبر على نحو متزايد والوظائف أكثر موثوقية من الدرجات العليا من سلم يعقوب33. في بعض الحالات، ويتبع هذه أساليب الموجي مستوى أعلى مثل MP2، CCSD (T)، وكفاءة التكلفة DLPNO-CCSD (T)34،35.
طوّر كلدغارد وآخرون36 طريقة منهجية يتم فيها إضافة جزيئات الماء عند نقاط على مجالات فيبوناتشي37 حول مجموعات أصغر رطبة أو غير رطبة لتوليد مرشحين لمجموعات أكبر. تتم إزالة المرشحين غير الماديين والزائدين على أساس عتبات الاتصال الوثيق والمسافة الجذرية المتوسطة المربعة بين مختلف المناومين. يتم استخدام التحسينات اللاحقة باستخدام طريقة PM6 شبه التجريبية والتسلسل الهرمي لأساليب DFT والموجات للحصول على مجموعة من أجهزة التوافق في الطاقة المنخفضة على مستوى عال ٍ من النظرية.
مستعمرة النحل الاصطناعية (ABC) خوارزمية38 هو نهج جديد أخذ العينات التكوينية التي تم تنفيذها مؤخرا من قبل تشانغ وآخرون لدراسة المجموعات الجزيئية في برنامج يسمى ABCluster39. Kubecka وآخرون40 تستخدم ABCluster لأخذ العينات التكوينية تليها عمليات إعادة تحسين منخفضة المستوى باستخدام ضيق ملزمة GFN-xTB شبه التجريبية الطريقة41. كما قاموا بصقل الهياكل والطاقات باستخدام أساليب DFT تليها الطاقات النهائية باستخدام DLPNO-CCSD (T).
بغض النظر عن الأسلوب، يبدأ أخذ العينات التكوينية بتوزيع عشوائي أو غير عشوائي للنقاط على PES. كل نقطة تتوافق مع هندسة محددة من الكتلة الجزيئية المعنية ويتم إنشاؤها بواسطة طريقة أخذ العينات. ثم تم العثور على أقرب الحد الأدنى المحلي لكل نقطة باتباع اتجاه "انحدار" على PES. مجموعة من minima وجدت بالتالي تتوافق مع تلك الهندسة من الكتلة الجزيئية التي هي مستقرة، على الأقل لبعض الوقت. هنا ، فإن شكل PES وتقييم الطاقة في كل نقطة على السطح تكون حساسة للوصف المادي للنظام حيث وصفا ماديا أكثر دقة يؤدي إلى حساب الطاقة أكثر تكلفة حسابيا. وسوف نستخدم على وجه التحديد طريقة الجمعية العامة التي تم تنفيذها في برنامج OGOLEM25 ، والتي تم تطبيقها بنجاح على مجموعة متنوعة من مشاكل التحسين والعينات التكوينية العالمية42،43،44،4544،لتوليد المجموعة الأولية من نقاط أخذ العينات. سيتم وصف PES من قبل نموذج PM746 الذي تم تنفيذه في برنامج MOPAC201647. يتم استخدام هذا المزيج لأنه يولد مجموعة أكبر من النقاط مقارنة بأساليب MD و MC ويجد minima المحلية أسرع من الأوصاف الأكثر تفصيلاً للPES.
يتم أخذ مجموعة من minima المحلية المحسنة من قبل الجمعية العامة كهندسة البداية لسلسلة من خطوات الفحص ، والتي تؤدي إلى مجموعة من الحد الأدنى من الطاقة المنخفضة. يبدأ هذا الجزء من البروتوكول بتحسين مجموعة من الهياكل المثلى لـ GA الفريدة باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) مع مجموعة أساس صغيرة. هذه المجموعة من التحسينات سوف تعطي عموما مجموعة أصغر من الهياكل الدنيا المحلية الفريدة التي هي على غرار بمزيد من التفصيل بالمقارنة مع الهياكل شبه التجريبية الأمثل من قبل الجمعية العامة. ثم يتم تنفيذ جولة أخرى من تحسينات DFT على هذه المجموعة الأصغر من الهياكل باستخدام مجموعة أساس أكبر. مرة أخرى، هذه الخطوة عموما ً ستعطي مجموعة أصغر من الهياكل الفريدة التي تم تصميمها بمزيد من التفصيل مقارنة بخطوة DFT الصغيرة. ثم يتم تحسين المجموعة النهائية من الهياكل الفريدة إلى تقارب أكثر إحكاماويتم حساب ترددات الاهتزازات التوافقية. بعد هذه الخطوة لدينا كل ما نحتاجه لحساب تركيزات التوازن للمجموعات في الغلاف الجوي. يتم تلخيص النهج العام بشكل شكلي في الشكل 1. سنستخدم PW9148 تعميم التدرج التقريب (GGA) تبادل الارتباط الوظيفي في Gaussian0949 تنفيذ DFT جنبا إلى جنب مع اثنين من الاختلافات من مجموعة أساس Pople50 (6-31 + G * لخطوة أساس صغير و 6-311 + + G ** لخطوة أساس كبير). تم اختيار هذا المزيج الخاص من تبادل الارتباط الوظيفي ومجموعة الأساس نظرا لنجاحها السابق في الحوسبة الدقيقة جيبس الطاقات الحرة لتشكيل لمجموعات الغلاف الجوي51,52.
يفترض هذا البروتوكول أن المستخدم لديه إمكانية الوصول إلى مجموعة حوسبة عالية الأداء (HPC) مع نظام الدفعي المحمول53 (PBS) و MOPAC2016 (http://openmopac.net/MOPAC2016.html)47و OGOLEM (https://www.ogolem.org)25و Gaussian 09 (https://gaussian.com)49وبرنامج OpenBabel54 (http://openbabel.org/wiki/Main_Page) المثبت باتباع إرشادات التثبيت الخاصة بهم. تستخدم كل خطوة في هذا البروتوكول أيضاً مجموعة من البرامج النصية shell و Python 2.7 الداخلية التي يجب حفظها إلى دليل مضمن في المتغير البيئي $PATH للمستخدم. يجب أيضاً تحميل كافة الوحدات النمطية البيئية الضرورية وأذونات التنفيذ لتشغيل كافة البرامج المذكورة أعلاه في جلسة عمل المستخدم. القرص واستخدام الذاكرة من قبل رمز الجمعية العامة (OGOLEM) والرموز شبه التجريبية (MOPAC) صغيرة جدا وفقا لمعايير موارد الكمبيوتر الحديثة. يعتمد الاستخدام العام للذاكرة والقرص لـ OGOLEM/MOPAC على عدد مؤشرات الترابط التي يريد المرء استخدامها، وحتى ذلك الحين، سيكون استخدام الموارد صغيرًا مقارنة بقدرات معظم أنظمة HPC. تعتمد احتياجات الموارد لأساليب QM على حجم المجموعات ومستوى النظرية المستخدمة. ميزة استخدام هذا البروتوكول هو أن المرء يمكن أن تختلف مستوى النظرية لتكون قادرة على حساب المجموعة النهائية من هياكل الطاقة المنخفضة، مع الأخذ في الاعتبار أن الحسابات الأسرع عادة ما تؤدي إلى مزيد من عدم اليقين في دقة النتائج.
من أجل الوضوح، سيتم الإشارة إلى الكمبيوتر المحلي للمستخدم باسم"الكمبيوتر المحلي"في حين سيتم الإشارة إلى الكتلة HPC لديهم حق الوصول إلى"كتلة البعيد".

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1639px;" width="1638">
	
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">Avogadro</td>
			<td style="width:483px;">https://avogadro.cc</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:617px;">Open-source molecular visualization program</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">Gaussian [09/16] Software</td>
			<td style="width:483px;">http://www.gaussian.com/</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Commercial ab initio electronic structure program</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">MOPAC 2016</td>
			<td style="width:483px;">http://openmopac.net/MOPAC2016.html</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Open-source semi-empirical program</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">OGOLEM Software</td>
			<td style="width:483px;">https://www.ogolem.org</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Genetic algorithm-based global optimization program</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">OpenBabel</td>
			<td style="width:483px;">http://openbabel.org/wiki/Main_Page</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Open-source cheminformatics library</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">calcRotConsts.py</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Python script to compute rotational constants</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">calcSymmetry.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to calculate symmetry number of a molecule given Cartesian coordinates</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">combine-GA.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to combine energy and rotational constants from different GA directories</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">combine-QM.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to combine energy and rotational constants from different QM directories</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">gaussianE.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to extract Gaussian 09 energies</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">gaussianFreqs.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to extract Gaussian 09 vibrational frequencies</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">getrotconsts</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Executable to calculate rotational constants given a molecule&#39;s Cartesian coordinates</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">getRotConsts-dft-lb.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to compute rotational constants for a batch of large basis DFT optimized structures</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">getRotConsts-dft-lb-ultrafine.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to compute rotational constants for a batch of ultrafine DFT optimized structures</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">getRotConsts-dft-sb.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to compute rotational constants for a batch of small basis DFT optimized structures</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">getRotConsts-GA.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to compute rotational constants for a batch of genetic algorithm optimized structures</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">global-minimum-coords.xyz</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Cartesian coordinates of global minimum structures of gly-(h2o)n, where n=0-5</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">make-thermo-gaussian.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to extract data from Gaussian output files and make input files for the thermo.pl script</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">ogolem-input-file.ogo</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Ogolem sample input file</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">ogolem-submit-script.pbs</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>PBS batch submission file for Ogolem calculations</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">README.docx</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Clarifications to help readers use the scripts effectively</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">runogolem.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to run OGOLEM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">run-pw91-lb.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to run a batch of large basis DFT optimization calculations</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">run-pw91-lb-ultrafine.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to run a batch of ultrafine DFT optimization calculations</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">run-pw91-sb.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to run a batch of small basis DFT optimization calculations</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">run-thermo-pw91.csh</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Shell script to compute the thermodynamic corrections for a batch of DFT optimized structures</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">similarityAnalysis.py</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Python script to determine unique structures based on rotational constants and energies</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">symmetry</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Executable to calculate molecular symmetry given Cartesian coordinates</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">symmetry.c</td>
			<td style="width:483px;">(C) 1996, 2003 S. Patchkovskii, Serguei.Patchkovskii@sympatico.ca</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:617px;">C code to determine the molecular symmstry of a molecule given Cartesian coordinates</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">template-marcy.pbs</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Template for a PBS submit script which uses OGOLEM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">template-pw91.com</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Template Gaussian 09 input</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">template-pw91-HL.com</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Template Gaussian 09 input for ultrafine DFT optimization</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:416px;">thermo.pl</td>
			<td style="width:483px;">https://www.nist.gov/mml/csd/chemical-informatics-research-group/products-and-services/program-computing-ideal-gas</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Perl open-source script to compute ideal gas thermodynamic corrections</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">gly-h2o-n.xlsx</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Excel spreadsheet for the complete protocol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">table-1.xlsx</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Excel spreadsheet</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">table-2.xlsx</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Excel spreadsheet</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">table-3.xlsx</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Excel spreadsheet</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">table-4.xlsx</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Excel spreadsheet</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">water.xyz</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Cartesian coordinates of water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:416px;">glycine.xyz</td>
			<td style="width:483px;">Shields Group, Department of Chemistry, Furman University</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td>Cartesian coordinates of glycine</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

computation of atmospheric concentrations of molecular clusters from ab initio thermochemistry

تتطلب الدراسة الحسابية لتكوين ونمو الهباء الجوي سطح طاقة حر دقيق من جيبس ، والذي يمكن الحصول عليه من الهيكل الإلكتروني لمرحلة الغاز وحسابات التردد الاهتزازي. وهذه الكميات صالحة بالنسبة للمجموعات الجوية التي تتوافق هندستها مع الحد الأدنى على أسطح الطاقة المحتملة لديها. يمكن استخدام الطاقة الحرة جيبس من بنية الطاقة الدنيا للتنبؤ تركيزات الغلاف الجوي للكتلة في ظل مجموعة متنوعة من الظروف مثل درجة الحرارة والضغط. نحن نقدم إجراء غير مكلف حسابيا مبنيا على أخذ عينات التكوينية القائمة على الخوارزميات الجينية تليها سلسلة من حسابات الفحص الدقيقة بشكل متزايد. يبدأ الإجراء بتوليد وتطوير هندسات مجموعة كبيرة من التكوينات باستخدام نماذج شبه تجريبية ثم يصقل الهياكل الفريدة الناتجة في سلسلة من مستويات initio ab عالية المستوى من النظرية. وأخيراً، يتم حساب التصحيحات الحرارية لمجموعة الناتجة من هياكل الطاقة الدنيا وتستخدم لحساب الطاقات الحرة جيبس من التكوين، وثوابت التوازن، وتركيزات الغلاف الجوي. نقدم تطبيق هذا الإجراء على دراسة مجموعات الجليسين الرطبة في ظل الظروف المحيطة.

Watch this Scientific Journal Video about Computation of Atmospheric Concentrations of Molecular Clusters from ab initio Thermochemistry at JoVE.com

Computation of Atmospheric Concentrations of Molecular Clusters from ab initio Thermochemistry

ويمكن حساب تركيزات المجموعات الجزيئية الضعيفة من الخصائص الكيميائية الحرارية لهياكل الطاقة المنخفضة التي توجد من خلال منهجية أخذ العينات التكوينية المتعددة الخطوات باستخدام خوارزمية جينية وكيمياء الكم شبه التجريبية والكيميائية اللاشرعية.

حساب تركيزات الغلاف الجوي للمجموعات الجزيئية من الكيمياء الحرارية ab initio

The computational study of the formation and growth of atmospheric aerosols requires an accurate Gibbs free energy surface, which can be obtained from gas ...

يوفر بروتوكولنا نهجًا مرنًا ومجديًا حسابيًا لدراسة المجموعات الجزيئية الضعيفة ويمكن تطبيقه بسهولة للحصول على رؤى حول بنيتها وتشكيلها ووفرتها. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي كفاءتها ومرونتها في معالجة المجموعات الجزيئية على مستويات مختلفة من النظرية من مجالات القوة السريعة والطرق شبه التجريبية إلى الطرق الميكانيكية الكمية الصارمة. ويمكن أن تستفيد كيمياء الغلاف الجوي والهباء الجوي إلى أقصى درجات الاستفادة من هذا النهج الذي يؤدي إلى نماذج أفضل لتغير المناخ.ومع ذلك، فإن أي مجال ينطوي على مجموعات جزيئية يمكن استغلال هذا النهج. بالنسبة للأفراد الذين لم يسبق لهم تنفيذ هذه التقنية ، فإن الخطوات الأكثر تحديًا هي البرنامج الأولي وتركيب البرنامج وتكيفها مع بيئة الحوسبة المحلية. يمكن للطلاب الجدد في الكيمياء الحسابية التغلب على منحنيات التعلم الحادة في استخدام مجموعات الحوسبة عالية الأداء من خلال التصور من التعليمات خطوة بخطوة صريحة.للحصول على بنية الطاقة الدنيا لجزيئات الجليسين المعزولة لاستخدامها في أخذ عينات تكوينية خوارزمية جينية، افتح جلسة جديدة في Avogadro وانقر فوق Build، Insert، Peptide، Glycine، و Insert Peptide لتوليد مونومر الجليسين في نافذة التصور. انقر فوق ملحقات و جاوسي وتحرير السطر الأول في مربع النص كما هو مبين. انقر فوق إنشاء وحفظ ملف الأوامر glycine.com.للحصول على بنية طاقة دنيا للمياه المعزولة، افتح جلسة جديدة في Avogadro وحدد إنشاء وإدراج وتجزئة. أدخل الماء في مربع نص الفلتر، وحدد ملف الماء وانقر على إدراج. انقر فوق ملحقات و جاوسي وتحرير السطر الأول في مربع النص كما هو مبين.انقر فوق إنشاء وحفظ ملف الأوامر كما water.com. ثم نقل ملفات com جهازي إلى الكتلة الحوسبة وتشغيل الحسابات 09 غاوسية باستخدام البرنامج النصي الإرسال المناسب. وبمجرد الانتهاء من الحسابات على الكتلة الحوسبة، استدعاء بابل مفتوحة لتوليد ملفات xyz من هياكل الطاقة الحد الأدنى دخول الأمر كما هو مبين.للحصول على عينات التكوينية المستندة إلى الخوارزمية الجينية، قم بإضافة كافة البرامج النصية والقوالب إلى مجلد ثم نسخ المجلد إلى نظام المجموعة البعيد. تأكد من أن كافة البرامج النصية قابلة للتنفيذ واستخدام الأوامر كما هو مشار إليه لإضافة موقع دليل البرامج النصية إلى متغير البيئة المسار. للحصول على مجموعة من الهياكل منخفضة الطاقة للجليسين والمياه في مستوى شبه تجريبي غير مكلفة من النظرية، وإنشاء دليل يسمى غلي-h2o-n الذي ن هو عدد جزيئات الماء وإنشاء دليل فرعي يسمى الجمعية العامة تحت الدليل gly-h2o-n لتشغيل حسابات الخوارزمية الوراثية.نسخ ملفات الإدخال ogolem، إحداثيات الديكارتية monomers، و برنامج تلفزيوني البرنامج النصي إرسال دفعة في الدليل GA وتشغيل حساب الجمعية العامة باستخدام تشغيل تعديل مناسب. برامج البرمجة النصية إرسال. بمجرد اكتمال الحساب، قم بتغيير الدليل إلى gly-h2o-n GA pm7 وتشغيل الأمر getRotConsts كما هو مبين حيث 13 هو عدد الذرات في الكتلة و الصفر وتسعة تشير إلى أن هناك 10 بنيات مع مؤشرات من صفر إلى تسعة.هذا سوف يحسب الثوابت الدوران من الكتل المحسنة GA وإنشاء ملف يسمى rotConstsData_C الذي يحتوي على قائمة فرز كافة تكوينات نظام المجموعة المحسنة الجمعية العامة وطاقاتها وثوابتها التناوب. تشغيل التشابهالتحلية. py النصي مع ملف rotConstsData_C كمدخل للعثور على وحفظ فريدة من نوعها GA الأمثل الكتل.سيتم استخدام Pm7 كتسمية تسمية ملف لإنشاء ملف يسمى uniqueStructures-pm7.data. يحتوي هذا على قائمة مفروزة من تكوينات الجمعية العامة الفريدة المحسنة. في الدليل gly-h2o-n GA، استخدم الجمع-الجمعية العامة.csh النصي للجمع بين النتائج لعدة يدير الجمعية العامة مماثلة وتوليد قائمة هياكل فريدة جديدة تسمى uniqueStructures - pm7. البيانات في الدليل gly-h2o-n GA. وينبغي أن يكون دليل العمل التنظيم والهيكل الدقيقين كما هو موضح.لصقل هياكل مجموعات المياه الجليسين من الخوارزمية الجينية على أساس طريقة شبه تجريبية إلى واحدة باستخدام طريقة ميكانيكية كمية أكثر دقة، إنشاء دليل فرعي يسمى QM تحت دليل gly-h2o-n. ضمن الدليل QM إنشاء دليل فرعي آخر باسم pw91-sb ونسخ قائمة UniqueStructures من الدليل gly-h2o-n GA إلى الدليل QM pw91-sb. تغيير الدليل إلى gly-h2o-n QM pw91-sb وتشغيل مجموعة صغيرة من كثافة نظرية وظيفية السيناريو تشغيل pw91-sb.csh الذي sb هو تسمية لهذه المجموعة من العمليات الحسابية، Q هو قائمة الانتظار المفضلة على الكتلة الحوسبة، ويشير 10 إلى أن 10 حسابات سيتم تجميعها في مهمة دفعة واحدة. بمجرد اكتمال الحسابات المقدمة، استخدم getRotConsts-dft-sb. csh النصي لاستخراج الطاقات وحساب الثوابت التناوب من مجموعات أساس صغير الأمثل.هنا، pw91 هو كثافة وظيفية المستخدمة وn هو عدد الذرات في الكتلة. استخدام التشابهالتحلية. py النصي كما كان من قبل لتحديد هياكل فريدة من نوعها ولكن استخدام sb كما التسمية.سيتم حفظ قائمة من تكوينات فريدة من نوعها في pw91 631 بالإضافة إلى مستوى نجم G من نظرية في فريدة من نوعها الهياكل- sb. ملف البيانات. في الدليل Gly-h2o-n QM، استخدم الجمع بين QM.csh النصي لدمج النتائج من عدة عمليات QM قابلة للمقارنة. الجمع بين QM. Csh pw91-sb سوف تقوم بإنشاء قائمة هياكل فريدة جديدة تسمى uniqueStructures-sb.البيانات في الدليل gly-h2o-n QM. لمزيد من صقل هياكل مجموعات الجليسين والمياه باستخدام وصف ميكانيكي الكم أفضل، إنشاء دليل فرعي يسمى pw91-lb تحت دليل QM. نسخ قائمة الهياكل الفريدة من الدليل QM pw91-sb إلى الدليل QM pw91-lb وتغيير الدليل إلى QM pw91 رطل.تشغيل كثافة الأساس الوظيفية كبيرة النصي نظرية تشغيل-pw91-lb. csh الذي lb هو تسمية لهذه المجموعة من العمليات الحسابية، Q هو قائمة الانتظار المفضلة على الكتلة الحوسبة، ويشير 10 إلى أن 10 حسابات يتم تجميعها في مهمة دفعة واحدة. بمجرد اكتمال الحسابات المقدمة، استخدم getRotConsts-dft-lb.csh الأمر لحساب ثوابت rotational من الكتل محسنة أساس كبير. هنا، pw91 هو كثافة وظيفية المستخدمة وn هو عدد الذرات في الكتلة. استخدام التشابهالتحلية.py النصي كما كان من قبل الآن مع lb كما التسمية لتوليد قائمة من تكوينات فريدة من نوعها الأمثل في pw91 6311 بالإضافة إلى نجم نجمة مستوى نظرية وحفظ في فريدة من نوعهاStructures رطل. ملف البيانات. للحصول على بنية الذبذبات والطاقات من مجموعات الجليسين والمياه اللازمة لحساب التصحيحات الحرارية الكيميائية المطلوبة، نسخ قائمة هياكل فريدة من دليل QM pw91 رطل إلى دليل QM pw91 رطل ultrafine وتغيير الدليل إلى QM/pw91 رطل ultrafine.تشغيل كثافة فائقة الكثافة وظيفية السيناريو نظرية تشغيل pw91-lb-ultrafine. csh الذي uf هو تسمية لهذه المجموعة من العمليات الحسابية، Q هو قائمة الانتظار المفضلة على الكتلة الحوسبة، ويشير 10 إلى أن 10 حسابات يتم تجميعها في مهمة دفعة واحدة. هذا السيناريو سوف تولد تلقائيا المدخلات لغاوسي 09 وتقديم جميع الحسابات.بمجرد اكتمال الحسابات المقدمة، استخدم getRotConsts-dft-lb-ultrafine. csh الأمر لحساب ثوابت التناوب من الكتل الأمثل ultrafine. هنا، pw91 هو كثافة وظيفية المستخدمة وn هو عدد الذرات في الكتلة.استخدام التشابهالتحلية. py النصي كما كان من قبل الآن مع uf كما التسمية لتوليد وحفظ قائمة من تكوينات فريدة من نوعها الأمثل لمعايير التقارب ultrafine في pw91 6311 بالإضافة إلى نجم G مستوى نظرية في فريدة من نوعهاالنجوم uf. ملف البيانات.ثم تشغيل تشغيل ثيرمو-pw91. csh النصي مع فريد من نوعهاسيس uf. ملف البيانات كمدخل لحساب التصحيحات الحرارية.نسخ ولصق إخراج سطر الأوامر إلى جدول البيانات المرفق المسمى gly-h2o-n.xls. كما يتم إضافة الطاقات الخام من هذا الحساب و n اللاحقة اثنين، ثلاثة، أربعة، وخمسة الحسابات إلى الورقة الأولى من gly-h2o-n. xls spredsheet، ورقة توزيع الهيدرات التي تنتج تركيز التوازن من الهيدرات في درجات حرارة مختلفة، والرطوبة النسبية، والتركيزات الأولية من الماء والجليسين سيتم تحديثها.هنا، يمكن ملاحظة أدنى ايزومرات الطاقة الإلكترونية من مجموعات جليسين المياه. لاحظ كيف تنمو شبكة السندات الهيدروجين في التعقيد كما يزيد عدد جزيئات الماء الانتقال من شبكة معظمهم من الشبكات بلاصقة إلى هيكل ثلاثي الأبعاد مثل قفص في n يساوي خمسة. في هذا الجدول، مثال على إخراج تشغيل-ثيرمو-pw91.يتم عرض csh النصي. لكل كتلة، والطاقة من pw91 6311 زائد نجمة نجم G بالإضافة إلى الطاقة الإلكترونية مرحلة الغاز في pw91 6311 بالإضافة إلى G نجمة مستوى من الناحية النظرية تحسب على شبكات التكامل فائقة الدقة في وحدات hartrees وكذلك الطاقة الذبذبات نقطة الصفر في وحدات كيلوكالوري لكل الخلد. في كل درجة حرارة، يتم إعطاء دلتا تشكيل enthalpy المحسوب H في دلتا تشكيل الطاقة الخالية من جيبز G بوحدات من سعرات الكيلوحرارية لكل الخلد ويتم إعطاء تشكيل enthalpy المحسوب S بوحدات من السعرات الحرارية لكل مول.في هذا الجدول، يتم عرض حسابات تمثيلية من مجموع تغيير الطاقة خالية من جيبز من الترطيب والترطيب متتابعة. وباستخدام هذه البيانات، يمكن حساب تركيزات الجليسين المرطب في الغلاف الجوي. يجب على المرء تثبيت البرنامج الصحيح وإضافة البرامج النصية المضمنة لتعكس بيئة الحوسبة الخاصة بك.إضافة موقع النصوص إلى مسار واحد أمر بالغ الأهمية. وقد استخدمت هذه التقنية لتحديد النشاط الحفاز لمجموعات المياه في الغلاف الجوي نحو تكوين رابطة الببتيد للمساهمة في مجال الكيمياء البريبايوتيكية.

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Chemistry

Computation of Atmospheric Concentrations of Molecular Clusters from ab initio Thermochemistry

Thermochemistry

Chemical Equilibrium

SCIENTISTS IN ACTION

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

عزل وتوصيف المواد الكيميائية من الدهن من البكتيريا سالبة الجرام

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

طريقة بسيطة لحجم تجميع الشواهد من الكتل بلازميدة قليلة القسيمات مستقرة من جزيئات الذهب في ظل الظروف المحيطة

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Construction and Systematical Symmetric Studies of a Series of Supramolecular Clusters with Binary or Ternary Ammonium Triphenylacetates

البناء ونظامية الدراسات متماثل من سلسلة من Supramolecular مجموعات مع ثنائي أو ترناري Triphenylacetates الأمونيوم

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their ...

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

تحسين الجودة متغاير في النحاس<sub&gt; 2</sub&gt; خلايا شمسية يا المستندة من خلال تعظيم الاستفادة من الضغط الجوي طبقة المكانية الذرية المودعة<br /&gt; الزنك<sub&gt; 1-س</sub&gt; المغنيسيوم<sub&gt; س</sub&gt; O

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O ...

Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry

تحليل الصور-أكسدة 2-بروبانول بتركيزات مستوى الهواء في الأماكن المغلقة باستخدام حقل أيون غير المتناظر التنقل قياس الطيف الكتلي

We demonstrate a versatile protocol to be used for determining the effectiveness of photocatalysts in degrading indoor air concentration (ppb) volatile ...

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

Fizzy Extraction of Volatile Organic Compounds Combined with Atmospheric Pressure Chemical Ionization Quadrupole Mass Spectrometry

فيزي استخراج المركبات العضوية المتطايرة جنبا إلى جنب مع الضغط الجوي التأين الكيميائي الأقطاب الكتلة الطيف الكتلي

Chemical analysis of volatile and semivolatile compounds dissolved in liquid samples can be challenging. The dissolved components need to be brought to ...

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

كيمياء احتراق الوقود: انتواع كمية البيانات المتحصل عليها من على مفاعل الغلاف الجوي درجات حرارة عالية تدفق مع اقتران مطياف كتلة جزيئية شعاع

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Light-driven Molecular Motors on Surfaces for Single Molecular Imaging

المحركات الجزيئية يحركها الضوء على الأسطح للتصوير الجزيئي واحد

The design and synthesis of a synthetic system that aims for the direct visualization of a synthetic rotary motor at the single molecule level on surfaces ...

Synthesis of In37P20(O2CR)51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots

Synthesis of In37P20O2CR51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots

توليف في37P20(س2CR)51 التكتلات وتحويلها إلى النقاط الكمية inp

This text presents a method for the synthesis of In37P20(O2C14H27)51 clusters and their conversion to indium phosphide quantum dots. The In37P20(O2CR)51 ...