Существуют ли методы оп-ния геометрии молекулы\кристалла?

[alllex45]

Добрый день.
Интересует вопрос: существуют ли методы определения геометрических параметров молекулы\кристалла? Насколько я понял все вариации методов МО (КО) ЛКАО и ТФП идут ОТ геометрии. Т.е. в начальных данных ты должен расписать где находятся центры атомов, тогда программа тебе посчитает. А вот если я не знаю где центры, к примеру - неизвестно как молекула будет выглядеть, существует ли метод, позволяющий оценить это? И если существует, насколько он точен?
Заранее спасибо за ответ.

[Shorku]

Разумеется, геометрию можно оптимизировать, ошибки сильно зависят от конкретной системы, в целом длины связей для всякой органики рассчитываются с точностью до 0,01А (зависит от метода, конечно, опять-таки, для металлов хуже, но уже очень сильно зависит от выбора метода, для систем сильно зависящих от окружения или невалентных взаимодействий тоже сильно зависит от способа учета этих взаиомдействий, ну и так далее)

[Гесс]

Как то вопрос не особо понятен.
AbInitio Molecular dynamics и полуэмпирическая молекулярная динамика (+ метадинамические подходы) позволяют найти некоторые (желательно наиболее глубокие) минимумы на ППЭ и таким образом определить геометрию наиболее стабильных изомеров. Нужно учитывать что с ростом числа атомов общее число возможных минимумов нарастает с фантастиической скоростью и полный анализ ППЭ становится невозможен очень быстро.
Из программ где реализована Abinitio MD - Terachem, C2PK, NAMD
Полуэмпирика - в Empire
Прогнозирование кристаллической структуры в зависимости от условий - я лично с этим не сталкивался, но имхо оно должно быть в USPEX или смотреть что использовал например Оганов в своих работах по сверхплотным углеродным аллотропам и пр.
Списки софта разумеется не полные, просто я других не знаю/не уверен.

Ага, мы с Shorku по разному поняли вопрос. TopicStarter, уточните пожалуйста что вас интересует - поиск точной структуры из приближенной или поиск "вообще".

[amge]

Ага, мы с Shorku по разному поняли вопрос.

А я понял вопрос еще по иному . Как "можно ли от линейной формы записи химического соединения (IUPAC name, SMILES, ...) или от двумерной (структурная формула) перейти к 3D-структуре?". Ответ на этот вопрос - да, можно. Многие химические рисовалки и конверторы форматов такое делают. Например, при использовании пакета от ChemAxon команда
molconvert -3 --smiles 'CC(=O)O' xyz:H -
напечатает декартовы координаты атомов уксусной кислоты, которые уже неплохо показывают ее трехмерную структуру, эти координаты можно вставить (для уточнения) в инпут квантово-химических программ.

С кристаллами сложнее...

[alllex45]

Спасибо всем ответившим. Гесс, меня интересует поиск вообще. Я так понимаю минимум энергии находится путем оптимизации МО, на положения центров это не влияет никак. Другими словами - при железно зафиксиных атомых находится минимум. Аб инитио и молекулярная динамика это обширные области, включающие в себя огромное кол-во методов. Вот только поиск геометрии я ни в одном из них не встретил.
Перефразирую - я задаю молекулу обычной формулой, без указания геометрических данных и полной энергии. Есть только заряд, электронная структура и базисный набор. И вот с помощью этих исходных данных необходимо определить геометрическую форму молекулы или элементарной ячейки кристалла - не важно. Меня интересует только название метода, может кто сталкивался. Заранее еще раз спасибо.

[amge]

Я так понимаю минимум энергии находится путем оптимизации МО, на положения центров это не влияет никак.

Это верно, но еще любая современная квантово-химическая программа умеет делать оптимизацию геометрии. После расчета энергии вычисляются градиенты и атомы сдвигаются так, чтобы энергия понижалась. Для получившейся геометрии все повторяется. до тех пор, пока энергия не перестанет понижаться. В результате получается равновесная геометрия с минимальной энергией, иногда она кардинально отличается от начальной. Такая равновесная геометрия для большинства молекул очень близка к реальной в газовой фазе.

[Гесс]

Значит правильно понял таки Shorku.
Расчет энергии для данной геометрии это одна задача (Single point). Я не знаю методов которые не могут делать SP.
Оптимизация геометрии - бОльшая задача, требует расчета градиентов (так или иначе), в большинстве программ требует указания какого-то кейворда типа Opt (ну ок, у Турбомоля все не как у людей). Реализован для большинства методов в большинстве программ.
Расчет частот - еще более страшная задача, требует гессиана, реализована не для всех методов (зависит от программы).

Длиннопост "на пальцах" о существующих методах под катом[cut]Методы в которых можно искать оптимальную геометрию (геометрию с минимальной энергией) в порядке который мне нравится (сначала думал написать в порядке удорожания). Под словом "считать" подразумевается "оптимизировать" если не указано иное.
DFT - прекрасный черный ящик: результат зависит от удачно выбранного функционала и большого базиса. Программа все делает сама. Работает до нескольких сотен атомов при наличии большого компа и использовании различных ускорялок. Имеет некоторые "дыры", типа качества описания дисперсионного взаимодействия, которые пытаются заткнуть разного рода заплатами, о смысле и сущности этих заплат поломано немало копий (в том числе на форуме). Реализован в большинстве программ по которым здесь можно получить консультацию (см ниже). Почти во всех программах позволяет решать все три вышеназванных типа расчетов. Для расчетов кристаллов нужны другие программы, которые здесь вспоминают очень редко.
HF - такой же черный ящик только чуть хуже и дешевле, используется все реже.
MP2 и прочие навороты Меллера-Плессета - опять же черный ящик, более дорогой чем DFT определенные ситуевины описывает лучше чем ДФТ, в свете того что вопрос абстрактен смысла разжевывать разницу не вижу. Применимость для кристаллов - незнаю.
CCSD как самый распространенный представитель каплд-кластерных методов. По прежнему достаточно прост в задании инпута. Намного дороже ранее указанных методов. Позволяет считать от силы два десятка атомов на хороших машинах. Применимость для кристаллов незнаю. Специализированный код с большим количеством плюшек - CFOUR, базовые фичи реализованы в большинстве "программ общего пользования" (см. далее)
Четыре вышеназванных метода реализованы (с умением оптимизировать которое вам надо) в Природе, Гауссиане, Орке, Турбомоле, Molpro, PSI4, NWCheme, ADFe, Q-Cheme и т.д., их десятки. Часть из вышеназванных бесплатна, часть имеет нормальные мануалы, часть нравится мне в пользовании. Три эти качества не совпадают нигде. Выделены наиболее обсуждаемые на форуме.
Мультиреференсные методы - катастрофически не черный ящик. Требует много думать головой и преределывать то что было сделано. Реализованы в нескольких прогах (самая популярная здесь - Firefly). Соваться в мультиреференс не имея опыта в расчетах и/или опытного наставника - гиблое дело. Возможность расчета частот незнаю, применимость для кристаллов незнаю.
Полуэмпирика - еще дешевле чем HF, качество страдает, можно считать сотни и тысячи атомов. Как минимум в Empire поддерживаются периодические расчеты то есть вообще - можно считать кристаллы. Весьма интересная полуэмпирика реализована в Prirode.
Молекулярная динамика - да, я не прикалываюсь. Называется "минимизация" (как минимум в Ambere). Оочень дешево, оочень грубо, часто используется для предоптимизации (в КемБиоОффисе, ADF-GUI, MOE). Кристаллы считать можно, но "просто скормить геометрию" не получится. Думать придется.
DFTB - в моих краях редкий зверь. Может считать тысячи атомов, ЕМНИП периодически. Имплементирован вчастности в Material Studio, ADF и в собственный (одноименный) код.[/cut]

[VTur]

Автор, скорее всего, спрашивал о поиске устойчивых изомеров ио химической формуле. Есть в Марвине и ADF.

[ Post made via Android ]

[Shorku]

Автор сам, кмк, не очень понимает, что он хочет. То ли из формулы C4H8 получить геометрию, то ли из формулы CH3-CH=CH-CH3 получить геометрию, то ли из цис-CH3-CH=CH-CH3 получить хорошие связи и углы. Может, топикстартер перестанет говорить про некие центры и таки определится, какие параметры и начиная с чего он хочет определять. Впрочем, ответ вопрос во всех случаях "да, существуют" (но с разными в разных случаях, и порой очень большими оговорками)