Last update: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D. (29.01.2019)
Use of empirical force fields to describe structures of hybrid organic-inorganic materials. Prediction of their
properties based on a combination of modelling and experimental data (XRD, TEM, chemical analysis,
thermogravimetry and IR spectroscopy). Applications for molecules, polymers, solutions of crystals and
supramolecular materials. Applications for description of solid phase processes - intercalations, sorption,
interface of the phases and surfaces. Studying structures of polymeric networks and liquid crystals. Study of
molecule conformations and relation to biological activity.
Last update: prof. RNDr. Marek Procházka, Ph.D. (29.01.2019)
Použití empirických silových polí k popisu struktur hybridních organicko-anorganických materiálů. Predikce jejich
struktur a vlastností na základě kombinace modelováni a experimentu (RTG, TEM, chemická analýza,
termogravimetrie a IČ spektroskopie). Aplikace na konformace molekul a polymerů, řešení krystalů a
supramolekulárních materiálů. Využití v materiálovém výzkumu pro popis dějů v pevné fázi - interkalace, sorpce a
jevů na rozhraní fází a na površích materiálů. Studium struktur polymerních sítí a kapalných krystalů. Studium
konformačního chování molekul a vztah k biologické aktivitě.
Aim of the course -
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
Lectures give information about knowledge in the design of new materials with desirable properties by molecular simulation methods.
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
Seznámení posluchačů s nejnovějšími poznatky ve vývoji nových materiálů metodami molekulárních simulací.
Course completion requirements -
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
The gain of the credit is a prerequisite for the examination.
The credit is bound to the credit computational task, it is assumed that there will be correction deadlines for the credit test and the exam.
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
Zisk zápočtu je podmínkou pro konání zkoušky.
Zápočet je vázán na zápočtový výpočetní úkol, předpokládá se, že budou opravné termíny pro zisk zápočtu i zkoušky.
Literature -
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
P. Comba, T.W. Hambley: Molecular Modeling of Inorganic Compouds, VCH, 1995, Weinheim.
C.R.A. Catlow, A.M. Stoneham and Sir J. M. Thomas eds.: New methods for modelling processes within solids and at their surfaces, Oxford science publications, 1993, Cambridge
Vassilios Galiatsatos ed.: Molecular simulation methods for predicting polymer properties, Wiley, 2005, New Jersey.
K.I.Ramachadran, G. Deepa, K. Namboori: Computational Chemistry and Molecular Modeling, Springer-Verlag, 2008, Berlin Heidelberg.
C.V. Ciobanu, C.-Z. Wang, K.M. Ho: Atomic Structure Prediction of Nanostructures, Clusters and Surfaces, Wiley-VCH, 2013, Singapore.
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
P. Comba, T.W. Hambley: Molecular Modeling of Inorganic Compouds, VCH, 1995, Weinheim.
C.R.A. Catlow, A.M. Stoneham and Sir J. M. Thomas eds.: New methods for modelling processes within solids and at their surfaces, Oxford science publications, 1993, Cambridge
Vassilios Galiatsatos ed.: Molecular simulation methods for predicting polymer properties, Wiley, 2005, New Jersey.
K.I.Ramachadran, G. Deepa, K. Namboori: Computational Chemistry and Molecular Modeling, Springer-Verlag, 2008, Berlin Heidelberg.
C.V. Ciobanu, C.-Z. Wang, K.M. Ho: Atomic Structure Prediction of Nanostructures, Clusters and Surfaces, Wiley-VCH, 2013, Singapore.
Teaching methods -
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
Lecture (2 hours) and practical seminar (1 hour).
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
Přednáška (2 hod) a praktické cvičení (1 hod).
Requirements to the exam -
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
The exam consists of written preparation and oral part. Written preparation precedes the oral part. The student receives three questions, each question is evaluated by a mark, and the resulting mark is the average mark of the marks on the individual questions. If one of the questions is rated as unsatisfactory it means failure to complete the test. Failure to pass the exam means that three questions will be asked again at the next term of exam.
Requirements at the oral part of the exam correspond to the syllabus of the subject in the scope that was presented at the lecture.
It is probable that a significant part of exams or credits can take place in a distance form. It depends on the development of the current situation and you will be informed about any changes in time.
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
Zkouška sestává z písemné přípravy a ústní části. Písemná příprava předchází části ústní. Student obdrží tři otázky, každá otázka je hodnocena známkou a výsledná známka je průměrnou známkou ze známek u jednotlivých otázek. Je-li jedna z otázek hodnocena známkou nevyhověl(a) znamená to nesplnění zkoušky. Nesložení zkoušky znamená, že při příštím termínu budou položeny opět tři otázky.
Požadavky u ústní části zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.
Je pravděpodobné, že se značná část zkoušek či zápočtů může konat distanční formou. Závisí to na vývoji aktuální situace a o jakékoli změně budete včas informováni.
Syllabus -
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
The role of molecular simulations to understand structure relationships and substance properties. Areas of practical use of molecular simulations in physics, chemistry and material research. Visualization of crystal structures using the Materials Studio software, examples of structure relationships and properties on selected examples. Demonstration of the structure-type relationship, their symmetry and the shape of the diffractograms. Molecular Mechanics: Describing energy of molecular systems and crystals using empirical force fields. Binding energy in harmonic and anharmonic approximation. Angle couplings, deformation of coupling angles, torsion members. Non-bond interactions, van der Waals - vdW potential types, hydrogen bonding, electrostatic interactions, charge calculation methods.
Modeling strategies: modeling and parameterization of models, compiling the expression for energy - finding a suitable approximation. Basic types of force fields for molecular simulations. Selection of force fields. Optimization strategy based on experimental data. The key role of experimental data in modeling and verification of modeling results. Rtg. diffraction, chemical analysis, TEM, thermogravimetry and vibrational spectroscopy as complementary methods of complex structural analysis for the interpretation of molecular-mechanical simulations. Practical examples of molecular-mechanical simulations in studying structures and bonds. Possibilities of using molecular dynamics for the study of dynamic processes in materials - sorption, diffusion, phase transitions.
Last update: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)
Úloha molekulárních simulací pro pochopení vztahů struktury a vlastností látek. Oblasti praktického využití molekulárních simulací ve fyzice, chemii a materiálovém výzkumu. Vizualizace krystalových struktur pomocí programového systému Materials Studio, ukázky vztahu struktury a vlastností na vybraných příkladech. Demonstrace vztahu typu struktur, jejich symetrie a tvaru difraktogramů. Molekulární mechanika: popis energie molekulárních systémů a krystalů pomocí empirických silových polí. Vazebná energie v harmonické a anharmonické aproximaci. Úhlové vazební členy, deformace vazebních úhlů, torzní členy. Nevazební interakce, van der Waals - typy vdW potenciálů, vodíková vazba, elektrostatické interakce, metody výpočtu nábojů.
Strategie modelování: stavba a parametrizace modelů, sestavení výrazu pro energii - nalezení vhodné aproximace. Základní typy silových polí pro molekulární simulace. Volba silových polí. Strategie optimalizace založená na experimentálních datech. Klíčová úloha experimentálních dat při tvorbě postupu modelování a při ověření výsledků modelování. Rtg. difrakce, chemická analýza, TEM, termogravimetrie a vibrační spektroskopie jako komplementární metody komplexní strukturní analýzy pro interpretaci výsledků molekulárně mechanických simulací. Praktické příklady molekulárně mechanických simulací při studiu struktur a vazeb. Možnosti využití molekulární dynamiky pro studium dynamických dějů v materiálech - sorpce, difuse, fázové přechody.
