Výpočty mezimolekulárních interakcí
| Thesis title in Czech: | Výpočty mezimolekulárních interakcí |
|---|---|
| Thesis title in English: | Calculation of intermolecular interactions |
| Key words: | mezimolekulární interakce|ab initio|kvantová mechanika|multipólová analýza |
| English key words: | intermolecular interactions|ab initio|quantum mechanics|multipole analysis |
| Academic year of topic announcement: | 2023/2024 |
| Thesis type: | Bachelor's thesis |
| Thesis language: | čeština |
| Department: | Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO) |
| Supervisor: | doc. Mgr. Jiří Klimeš, Ph.D. |
| Author: | Bc. Adam Mendl - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 17.10.2023 |
| Date of assignment: | 06.11.2023 |
| Confirmed by Study dept. on: | 06.11.2023 |
| Date and time of defence: | 19.06.2024 09:00 |
| Date of electronic submission: | 08.05.2024 |
| Date of submission of printed version: | 08.05.2024 |
| Date of proceeded defence: | 19.06.2024 |
| Opponents: | doc. Ing. Pavel Soldán, Dr. |
| Guidelines |
| Cílem práce je implementovat a otestovat metody pro popis mezimolekulárních interakcí pomocí metody multipólového rozvoje elektrostatických interakcí.
1) Nastudování literatury (ab initio výpočty, multipólový rozvoj, sférické harmoniky), seznámení se s výpočetními programy. 2) Implementace metody pro výpočet vazebné energie pomocí multipólového rozvoje elektronové hustoty. 3) Porovnání interakční energie obdržené pomocí multipólového rozvoje s přesnými daty. Otestování různých nastavení. 4) Sepsání práce a prezentace výsledků. |
| References |
| A. Stone: The Theory of Intermolecular Forces, Oxford U. Press, Oxford 2011
Časopisecká literatura, např: M. Riera, E. P. Yeh, F. Paesani: Data-Driven Many-Body Models for Molecular Fluids: CO2/H2O Mixtures as a Case Study, J. Chem. Theory Comput. 2020, 16, 4, 2246–2257 Alston J. Misquitta, Anthony J. Stone: ISA-Pol: distributed polarizabilities and dispersion models from a basis-space implementation of the iterated stockholder atoms procedure, Theo. Chem. Accounts 137, 153 (2018) |
| Preliminary scope of work |
| Interakce (vazby) mezi molekulami rozhodují udávají vlastnosti jejich kondenzovaných fází, tedy například teplotu tání, krystalovou strukturu pevné fáze, atd.
Vypočítat velmi přesně síly vazeb mezi molekulami pomocí kvantové mechaniky je výpočetně náročné a většinou nemožné pro větší shluky molekul. Jednou z alternativ je použít pro popis vazeb mezimolekulové potenciály. Těchto je několik druhů. Příkladem jsou potenciály založené na multipólovém rozvoji Coulombické interakce. Jejich výhodou je vysoká rychlost výpočtu a vyšší přesnost oproti metodám používajícím pouze parciální náboje na atomech. Pro naše výpočty by mohly být vhodným modelem pro popis interakcí vzdálených molekul, v práci bychom se primárně zaměřili na interakční energie dimerů. Kromě výpočtu samotné interakční energie bychom v rámci práce otestovali možnost použití tohoto modelu pro tzv. Delta korekce -- popis změny interakční energie při použití různých metod. Implementované metody by pomohly podstatně snížit výpočetní náročnost výpočtů vazebných energií velkých klastrů a molekulárních krystalů. |
| Preliminary scope of work in English |
| Interactions between molecules govern the behaviour of their condensed phases, such as the melting temperature, the structure of the solid phase, etc.
However, it's difficult to evaluate the intermolecular interactions accurately from quantum mechanics and, in fact, impossible once the clusters become very large. An alternative is to describe the interactions using intermolecular potentials. There are several types of them. One of the used methods is based on distributed multipole analysis of the electron density. These potentials are fast and have a better accuracy compared to models based on partial charges of nuclei. Such models would be useful within our work to describe the interactions between distant molecules, in the work we would primarily consider dimers. Apart from calculation of interaction energies we would test the method for calculating so-called Delta corrections to interaction energy -- a model for how the interaction energy changes when one method is replaced by another. The implemented methods would help to reduce the time requirements of calculation of binding energies of molecular clusters and solids. |