Quantumchemie, MOL062, Computerpracticum, week 4 (3 dec 2010)

Linux

Het programma PSI3 programma dat we zullen gebruiken is beschikbaar onder linux. Hier volgt een korte instructie voor het werken met linux.

(Her)start de computer en kies als operating system "Fedora". Fedora is de linux distributie die geinstalleerd is op de door C&CZ beheerde computers. Er zijn vele distributies, en PSI3 is niet gekoppeld aan een specifieke distributie. Het programma werkt b.v. ook met de 64-bit versies van OpenSuSE en Ubuntu.
Op het login-scherm waar je je username en password kunt invoeren zit een knop "session type". Deze keuze bepaalt hoe je desktop er uit zal zien en hoe de menu's zijn ingedeeld. Als je nog niet vertrouwd bent met linux kies dan "Gnome" (zo kan de assistent makkelijker kan helpen)
Als je ingelogd bent start een browser (b.v. Firefox) om de instructies te lezen.
Voor het draaien van het programma heb je een "terminal" nodig waarin je commandos kunt geven. Start een terminal vanuit het menu applications/system/terminal.

De shell

In een terminal kun je commandos geven. Deze commandos worden in eerste instantie verwerkt door de zogenaamde "shell". Waarschijnlijk is je default shell "bash". De online instructie gaat er vanuit dat je "tcsh" gebruikt. Je kunt deze shell starten door het geven van het commando tcsh, je kunt terug naar je oorspronkelijke shell met het commando exit. Je default shell kun je instellen via www.dhz.science.ru.nl

Het is nuttig om in ieder geval een minimum aan commandos te leren:

ls    "bekijk lijst met files in een directory"
mkdir "make a directory"
cd    "change to directory"
pwd   "geef naam van current directory"
cp    "copieer een file"
mv    "move - verplaats of rename een file"
rm    "remove een file"
cat   "stuur inhoud file naar scherm"
less  "bekijk file per pagina"

Je kunt deze commandos leren van "Tutorial One" en "Tutorial Two" op deze site: info.ee.surrey.ac.uk.

Om invoer voor het programma te maken heb je een editor nodig. Gebruik b.v. gedit. Als je zelf (veel) programmas gaat schrijven is het nuttig om een editor als vi te leren. Deze editor kent veel commandos, dus in eerste instantie kost het meer inspanning om deze editor te gebruiken.

Het gebruik van het programma PSI3

Geef de volgende commandos voor het eerste gebruik van PSI3:
```
cd ~
cp /vol/xpcursus/QuantumChemie/skel/.tcshrc .
tcsh
cp $QC/skel/.psirc .
mkdir psi
cd psi
cp $QC/examples/job1.dat .
```
Bekijk de invoerfile job1.dat met
```
cat job1.dat
```
Voer deze job uit:
```
psi3 job1.dat job1.out
```
Bekijk het resultaat (gebruik spatiebalk voor volgende scherm)
```
less job1.out
```
Als het goed is zie je bijna aan het eind van de file:
```
      * SCF total energy   =     -76.026808176927
```
Dit is de energie in Hartree van het water molecuul.

PSI3

Lees de PSI3 User's manual t/m 2.4. Het gegeven voorbeeld correspondeert met job1.dat
Maak een nieuwe job door een oude te copieren:
```
cp job1.dat job2.dat
```
Pas de job aan met een editor, b.v.
```
gedit job2.dat
```
Verander de H-O-H hoek naar 179 graden, save de file, en bereken opnieuw de energie
```
psi3 job2.dat job2.out
```
Hoeveel energie kost het om water lineair te maken? Geef het antwoord in Hartree, eV, en kcal/mol (1 Hartree = 27.2113834 eV = 627.50956 kcal/mol)

Single-point berekeningen: basis sets

Bereken de energie van H₂O voor de volgende basis sets:

3-21G
6-31G**

Gebruik single point berekeningen met de geometrie uit het voorbeeld in 2.3. Wat is het energieverschil in kcal/mol ?

Geometrie-optimalisatie voor water

Bepaal de evenwichtsgeometrie van H₂O op Hartree-Fock niveau in een 3-21G basis. Gebruik hiervoor een z-matrix met variabelen zoals uitgelegd wordt in 2.4. PSI3 genereert automatisch een coordinaten-stelsel dat gebruikt wordt in de geometrie-optimalisatie. Je kunt PSI3 ook de variabelen in de Z-matrix laten optimaliseren: zet een dollar teken achter de variable naam (b.v. ROH$) in "zmat" (maar niet in zvars!) en voeg toe aan de invoer "zmat_simples = true", dus:

psi: (
  label     = "H2O"
  jobtype   = opt
  wfn       = scf
  dertype   = first
  reference = rhf
  basis     = "3-21G"
  zmat      = (
    O
    H 1 roh$
    H 1 roh$ 2 alpha$
  )
  zvars = (
    alpha  109
    roh    1
  )
  zmat_simples = true
)

(Zie uitleg in "5 Geometry Optimization" op pagina 39.)

Vibratie-frequenties van water

Bepaal de vibratie-frequenties van H₂O bij de de evenwichtsgeomtrie gevonden in de vorige opdracht op Hartree-Fock niveau in een 3-21G basis. Gebruik hiervoor de keywords

  jobtype = freq
  dertype = second

Kijk in de uitvoer en bepaal van alle normal modes wat voor soort vibratie er bij hoort (bend-, stretch enz.)

Lineair water

Kies de H-O-H hoek 179 graden en kies de OH afstand gelijk aan die in de evenwichtsgeometrie (Hartree-Fock, 3-21G). Wat is het energie-verschil met de evenwichtsgeometrie? Optimaliseer nu de OH afstand bij een hoek van 179 graden en bepaal opnieuw het energieverschil.

Formaldehyde

Maak een z-matrix voor formaldehyde (H₂CO) en optimaliseer de geometrie op Hartree-Fock/3-21G niveau. Gebruik het resultaat als start voor het bepalen van de evenwichtsgeometrie op Hartree-Fock/6-31G** niveau

Bepaal nu evenwichtsgeometrie en vibratiefrequenties op CCSD/cc-pVTZ niveau, gebruik het HF resultaat als start. Vergelijk de gevonden frequenties met het gemeten IR spectrum. (Gebruik voor CCSD dertype = none)

Back to [ Quantumchemie ]

Last updated: 25 Nov, 2010, by Gerrit C. Groenenboom, e-mail: gerritg@theochem.ru.nl