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erylingjet铁杆木虫 (著名写手)
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【求助】如何做电荷密度图和差分电荷密度图?
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如何做电荷密度图和差分电荷密度图? 望高手赐教!  想要那种平面分布的轮廓图 [ Last edited by erylingjet on 2009-7-2 at 10:55 ] |
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zhou2009
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想来版主是明知故问，意在促进量化图形展示？ 我也有意促进量化图形展示，认为量化图形展示对量化结果应用非常重要，故跟帖造势，以期得到重视、推广。 请见我的帖子： http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1275706&fpage=1 以及我关于此问题的跟帖： http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1280524&fpage=7 建议走g03-gsgrid-sigmaplot的路子。 可以联系我： zhouguo@public.szptt.net.cn QQ:1035329451 海边子 下面是例子： HF分子σ成键的电子密度差图：  [ Last edited by zhou2009 on 2009-7-3 at 08:55 ] |
3楼2009-07-02 14:39:46
zhou2009
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4楼2009-07-02 16:22:38
zhou2009
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人们从化学实践出发，对分子的电子结构一直非常关注。多年来，人们总是想探讨分子中原子的性质，特别是分子中原子的净电荷，提出了各种计算方法，并进行了不断地改进，然而至今都还不能令人满意。特别是原子净电荷划分、计算还远不够完善合理，使得净电荷有时与实验的预期相差太远，许多净电荷异常到不可思议的地步，致使人们对量化计算出的电荷失去信心。 在量化图形中，电子密度差Δρ尤其重要！它应是传统的原子净电荷概念的扩大和空间化，它直接从MO而来，真实地、科学抽象地表现了电荷在分子空间分布的净变化，不再只将净电荷人为地局限、归结、划分在某个原子上。 我们如果仅看分子轨道图、电子密度图，象上面的HF分子的σ键电子密度图，它是据HF分子第3个MO即σ键作的电子密度图，它们那么浑圆、憨厚、质朴，很难看出什么。它是一片云，难察其意。而一旦作出了电子密度差，成键原子前后变化、分子之间络合、氢健、吸附等，电子增减的净变化，被鲜明地、细微地突出了，可以发现许多新东西、意想不到的东西，从而引人入思。 如从上面的HF分子的σ键电子密度差图Δρ，并参照MO系数来看,这个σ键可以分析为三个内含： 第一、原子以基组形式参与成键，这基组或者可以看作是广义的杂化。 对于成键来说，基组一方面是为了弥合不同AO的波形的差距，融合成平滑、完整、统一的MO，另一方面是为了应对键间电子向键轴的聚集、收缩和原子之间的电子转移。 基组不仅是计算需要的一组数学表达式，当它们分配了系数、安排了电子，它就形成了一个新的广义杂化的空间AO，是具有能级值或说是电负性的，是有确定物理意义的，它是成键电子的载体、基础。 第二、电子在不同电负性原子之间转移。 从HF分子Δρ图可以清楚地看到，H缺失了大量的电子，导致电负性升高；F增加了大量的电子，导致电负性降低，直至二者电负性相等、均衡。 有趣的是，通常说sp杂化，用增大的一瓣去成键以增大重叠能力。但在HF中，MO的基组中s、p却是反位相的杂化，即HF以缩小的一瓣去成键，而用增大的一瓣去装转移过来的过多电子，这转移电子妥善安排在离键区远的外面集结。 第三、电子向键中间中移。 从HF分子Δρ图看，在H和F之间也有明显的电子聚集。这是人所共知的成键的关键表征。 此外，这种电子往键中间聚集、形成对二核的屏蔽加强，会减小原子核之间的排斥力，有利于降低体系的总体能量。 然而，所有上面这一些图形功能，单从gs03 cube并不能直接、方便地得到。 对于G03来说，它的cubegen是能作density和Orbitals等的空间格点的。 但是它的density（ρ）只是全分子的，分子的所有MO的电子密度加和，还自然包含分子中的1S、2S轨道，用图形展示出来是一个圆滚滚的样子，很难说明什么，也不利作密度差。 我们常常需要考察的是分子成键的单个特定的MO（或者孤对电子MO等）。 而G03的cubegen不能作某个MO的ρ，将某个MO的cube输入到cubman也不能作平方运算作成ρ，因为cubman缺少平方运算。 而且cubegen的空间数值格点输出文件，是没有坐标的。它的坐标隐含在输出文件的开始部分：空间网格每个边的格点数、空间格点的起始点、格点间隔。除了与其配套的软件外，其它软件很难用这个数据加工或作图。 Sobereva 博士专门开发的gsgrid程序就是为解决上述问题制作的，它把格点文件的数据提取出来，附上每个数据点的坐标。可以选取指定的XY/YZ/XZ平面，得到这个平面上的数据点以便做等值线图（MO图、ρ图），或对数据进行各种运算加工（作平方、作差值等），然后再作等值线图（Δρ图）。 gsgrid程序附有详细的使用说明，一看就会。 而进入高超的sigmaplot中作等值线，更是功能强大、得心应手！ [ Last edited by zhou2009 on 2009-7-3 at 10:46 ] |
7楼2009-07-03 10:38:49
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单个原子的AO的获得，要单算。 如除了算HF外，H和F还要另外单算，而且它们要与HF有同样指定的空间格点规格，且与HF中的H和F有相同的坐标位置，相同的基组。 如果是算整体的ρ来相差，这样得到的三个cube，进入gsgrid作三个xy截面G1、G2、G3，再用HF的G1减去H和F的G2、G3，即得电子密度差。进入sigmaplot作图、调整即得等值线图。 如果想作精细一些，需要在HF中指定一个MO来作，如上面的σ键的MO，它是第3个MO。F也要选定那个单电子的AO，H就是一个了。用指定的MO作三个cube，进入gsgrid作三个xy截面G1、G2、G3，再对这三个xy截面分别作平方使成为电子密度，HF的这个轨道有2个电子，还要乘以2。再用HF的减去H和F的，即得电子密度差。进入sigmaplot作图、调整即得等值线图。 实践表明，因为这时由原子到分子，真正发生电子净变化的主要是σ成键轨道。内层F1s等基本没有变化，相差之后抵消了，而F的孤对电子轨道，虽然因为通过σ键诱导过来部分电子，对有效核电荷的屏蔽加强，使核对孤对电子pi吸引能力减小、能级升高，表现为轨道膨胀、弥散，但由于我们的xy截面是对σ键的中心剖面，对这个截面，孤对电子pz与之是正交的、xy截面是其节点，没有截取到值，另一孤对电子py也因弥散影响甚微。所得到的电子净变化图形，与上面根据σ成键轨道MO作出它的没有原则性的差别。 我下面将传一幅就用整体密度相差作的密度差图，可以与上面精细一些的对照。 [ Last edited by zhou2009 on 2009-7-3 at 15:23 ] |
8楼2009-07-03 15:12:55
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这里贴出的是直接作HF分子、H和F原子的ρ，将它们作Δρ。与上面另一幅精确用MO、AO作的基本一致。因为只是为了比照，只在sigmaplot中作等值线草图，既没有改成虚实线，也没有调整等值线标度使之清楚。只是想说明这两张图何其相似乃尔。粗陋之处请原谅！ 这种直接用ρ来作Δρ显然更加易于操作，有时还不得不这样作，找相应的MO和AO并不总是那么容易。但是也必须注意到，直接用ρ来作Δρ虽然开头容易，但生成的 Δρ可能会更复杂一些，给密度净变化的指认带来困难。  [ Last edited by zhou2009 on 2009-7-4 at 08:43 ] |
9楼2009-07-03 15:46:58
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