Computational Sciences Center

Einführung in die Computerchemie

Inhalt

  • Lehrinhalte:
  • Grundlagen: klassische Mechanik, Quantenmechanik, Born-Oppenheimer-Separation, Potentialenergieflächen, Genauigkeitsanforderung, Skalenprobleme;
  • Molekülmechanik/-dynamik: Kraftfelder, Trajektorien, Verlet-Algorithmus, großskalige MD-Simulationen, Diskussion der Resultate
  • allgemeine Methoden: stationäre Zustände, Wellenpakete, Eigenwertproblem, Basisfunktionen, Geometrieoptimierung, Moleküleigenschaftsberechnung;
  • SCF-Verfahren: molekularer Hamiltonoperator, Orbitale, Slaterdeterminanten, Hartree-Fock als effektive 1-Teilchen-Theorie, iterativer SCF-Zyklus, Computeranforderungen, Genauigkeit der Resultate, methodische Fehler, Dichtefunktionaltheorie mit Resultaten;
  • Elektronenkorrelationsmethoden: full-CI und seine praktische Unmöglichkeit, coupled-cluster (Grundprinzip, Resultate), MP2-Störungstheorie (Grundprinzip, Resultate);
  • Interpretation: Verbindung zu Grenzorbital- und Ligandenfeldtheorie,Populationsanalyse, Mesomerie;
  • quantenmechanische Kerndynamik: stationäre Eigenzustände in generischen Potentialformen, Zeitabhängigkeit durch Eigenzustandssuperposition, zeitliches Verhalten von Wellenpaketen, Spektrensimulation, direkte Berechnung von k(T).
  • Übungen: Datenbankrecherche; exemplarische Molekülmechanik- und –dynamikrechnungen; Einführung in die wichtigsten Quantenchemiepakete, mit Anwendungen und Vergleich der Resultate mit experimentellen Daten.

Termine

Organisatorisches

  • Voraussetzungen: chem102, chem202, chem304
  • Äquivalenzregelung: Computeranwendungen in der Physikalischen Chemie (siehe http://www.chemie.uni-kiel.de/pages/studium/bama/aequivalenz.html )
  • Lernziele: Die Studierenden sollen unter weitestgehender Umgehung mathematischer Details einen exemplarischen aber gleichwohl realistischen Eindruck davon erhalten, was mit modernen molekülmechanischen und quantenchemischen Verfahren berechenbar ist, wie hoch der Rechenaufwand dafür ist, welche prinzipiellen Näherungen man dabei macht und wie genau die Resultate sind. Sie sollen in die Lage versetzt werden, Eigenschaften kleinerer Moleküle vorherzusagen, sowie Reaktionen und Energiehyperflächen mit einfachen Standardmethoden zu berechnen. Die Nutzung von Datenbanken zur Literaturrecherche und zur Suche von Spektren ist ebenfalls Ziel der Einführung.

Literatur

  • J. Simons, An Introduction to Theoretical Chemistry, Cambridge,
  • P. W. Atkins, R. S. Friedman, Molecular Quantum Mechanics, Oxford University Press;
  • Koch/Holthausen, A Chemist’s Guide to Density Functional Theory, Wiley
  • A. R. Leach, Molecular Modelling, Prentice Hall
  • Vorlesungsskripte der Dozenten

Zusätzliche Informationen

http://www.chemie.uni-kiel.de/pages/studium/bama/MNF-chem0503.pdf