| 查看: 7765 | 回复: 53 | ||||
| 【奖励】 本帖被评价23次，作者zzgyb增加金币 21 个 | ||||
| 当前主题已经存档。 | ||||
| 当前只显示满足指定条件的回帖，点击这里查看本话题的所有回帖 | ||||
[资源]
【分享】HyperChem基本操作
|
||||
|
画原子1. 打开Element Table对话框。这里有两种方法： ? 在Build菜单中选择Default Element，或者双击Drawing工具。Default Element对话框允许从周期表中选择缺省元素。 2. 如果单击Properties...按钮，将显示当前选择元素的物理属性。也可以 按下Shift键同时单击元素按钮，结果是一样的。单击OK键，物理属性框 消失。 3. 如果Allow Ions或者Explicit Hydrogens打开（用对勾选择），左键单击 这些选项使其关闭。 4. 在缺省元素列表中选择Carbon，接着关闭元素对话框。缺省元素将设置 为碳。当然也可以把打开的Default Element对话框移走，这样可以看到 HyperChem工作区。当画原子非常多的分子时，这是非常有效的。 5. 左键单击Drawing工具，把指针移到工作区。 6. 左键单击工作区左下角，将出现一个小圈，代表未成键的碳原子。 7. 在工作区不同位置画更多的原子。 画价键 1. 把指针移到刚才画的第一个碳上。 2. 按下鼠标左键。这是价键在第一个原子的位置。 3. 保持鼠标按钮按下的同时拖向工作区的顶端。 4. 放开鼠标按钮。这是价键在第二个原子的位置。一条线代表两个碳 原子之间的价键。 5. 用仍旧停留在价键末端的指针, 用左键拖向工作区右下角。 6. 放开鼠标按钮。这是第三个原子的位置。 7. 在空白工作区画六个价键，形成一个环。 现在你清楚了如何画原子和分子，并且学会了一些基本技巧。 选择原子 在这个练习中，通过选择原子，你可以学到基本的选择技巧。首先必须设置 选择的级别［原子（atoms），基（residues），或分子（molecules）］。 这里设置为原子（atoms）。 1. 左键单击Select菜单。 2. 左键单击选择Atoms。 接下来，关闭Multiple Selections： 1. 左键单击Select菜单。 2. 如果Multiple Selections打开，左键单击来关闭它。 这样当你重新选择一个原子或者一组原子的时候，前面的选择将会取消。 选择原子： 1. 左键单击Selection工具，把指针移到工作区。 2. 左键单击前面创建的原子。这将激活这个原子。可以在Preferences对话 框中设置激活的样式。Preferences在File菜单中。 3. 左键单击前面创建的价键中部，这个价键就会激活，价键两端的原子就会 被选择。 4. 右键单击工作区的空白处，撤销对所有的原子和价键的选择。 选择一组原子 1. 在Select菜单，确保Select Sphere没有打开。 2. 在工作区左上方挑选一个点。 3. 同时按下鼠标左右键拖向工作区右下角。HyperChem显示一个代表选择区 域的矩形。 4. 继续拖左右键，直到想要的原子被包括在矩形里。 5. 释放鼠标按钮。 选择区域所有原子就会被激活。 选择第二组原子： 1. 在Select菜单选择Multiple Selections。打开Multiple Selections 后，在当前的选择中将添加新的选择。 2. 像选择第一组原子一样，左右键同时拖。 3. 释放鼠标按钮，第二组原子被激活。 如果选择工作区中所有的原子，在选择模式中左键单击工作区的空白区域。 撤销对原子的选择： 1. 右键单击未成键原子。这个原子不再激活。 2. 右键单击选择的价键中部。价键两端的原子不再激活。 3. 右键单击工作区的空白区域，撤销对所有原子的选择。 画二维草图1. 双击Drawing工具，打开Element Table对话框。 2. 打开Allow ions，关闭Explicit Hydrogens。如果关闭Explicit Hydrogens，在画分子的时候，不自动添加氢。 3. 选择碳，接着关闭对话框。碳设置为缺省元素。 4. 接着按下面操作。 标记原子 1. 在Display菜单选择Labels。 2. 在Atoms选项框，选择Symbol。靠近Symbol的单选按钮会被填充。 3. 左键单击OK。 Labels对话框消失，所有的原子将标注元素符号。 删除原子： 1. 左键单击Drawing工具进入绘图模式。 2. 右键单击想要删除的原子，或者想要删除的价键中部。原子和价键就 会消失。 删除多个原子或价键：1. 左键单击Selection工具进入选择模式。 2. 用左右键在工作区拖出选择的目标。 3. 在Edit菜单选择Clear。 4. 在提示框中选择Yes。 [ Last edited by xuefei06 on 2008-12-19 at 23:30 ] |
回复此楼» 收录本帖的淘帖专辑推荐
 化学教材 | 书笛话人生 |
» 猜你喜欢
求国际会议网站
已经有1人回复
-
求取一些关于纳米材料和纳米技术相关的英文PPT。
已经有0人回复
-
物理学I论文润色/翻译怎么收费?
已经有143人回复
-
【复旦大学】二维材料方向招收2026年博士研究生1名
已经有0人回复
-
北京纳米能源与系统研究所 王中林院士/曹南颖研究员课题组2026级硕/博/博后招生
已经有10人回复
-
荷兰Utrecht University超快太赫兹光谱王海教授课题招收2026 CSC博士生
已经有22人回复
-
反铁磁体中的磁性切换：两种不同的机制已成功可视化
已经有0人回复
-
26申博推荐：南京航空航天大学国际前沿科学研究院光学方向招收博士生！
已经有0人回复
-
求标准粉末衍射卡号 ICDD 01-076-1802
已经有0人回复
» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)
用HyperChem算光谱
|
一．HyperChem的功能 1． 构造分子 2． 优化分子结构 3． 研究分子反应 4． 观察轨道和电子图谱 5． 评估化学反应路径和化工机械装置 6． 研究分子动力学 HyperChem的功能是非常多的。限于本人的专业方向，化学反应不是我关 心的，我只介绍HyperChem在分子光谱学方面的应用，并且其中很多关于红外、 拉曼光谱以及晶体的内容被我略掉了，感兴趣的自己去摸索吧。 另外，HyperChem的帮助文件其实就是一本HyperChem入门的傻瓜书。而 HyperChem自带的几个PDF文件每个都有三五百页，既有HyperChem入门教材， 又有量子化学的参考书籍。现在国内量化方面的书籍很少，而英文的新书几 乎就见不到。所以这些东西对学习量子化学肯定会有帮助的。Hyperchem详细 介绍及更详尽的使用方法，见Referenc.pdf和Getstart.pdf文件。 还有最重要的一点，我用的HyperChem是6.0版。 二．可能遇到的量子化学名词术语 1. RHF 和 UHF：（自旋）限制的(restricted)和非限制(unrestricted)的 Hartree-Fock方法 2. GTO： Gaussian type orbitals， 高斯基组 3. STO： Slater型轨道函数 4. LCAO-MO方法：将分子轨道表达为原子轨道现行组合的方法； 分离原子极限法 5. HOMO： 最高占据分子轨道 6. LUMO： 最低未占据分子轨道 7. CI： Configuration Interaction， 组态相互作用 8. SCF： Self-consistent field ，自恰场 9. MCSCF： 多组态自恰场方法 三．分子电子态的理论及其量子化学计算的实现 HyperChem用自旋状态描述电子态(也就是多重度，即2S+1)，如：单重 态(S=0，2S+1=1)，双重态(S=1/2，2S+1=2)，三重态(S=1，2S+1=3)，或者 四重态(S=3/2，2S+1=4)。把这些态看作有0、1、2或者3个未成对电子。偶 数的电子导致单重态或者三重态，而奇数的电子导致双重态或者四重态。 HyperChem不考虑更高的多重度，像五重态，等等。分子基态电子态通常不 应该是四重态，正常情况应该是单重态、双重态或者三重态。其他所有态都 是激发态。偶数个电子的系统基态正常情况应该是单重态，但是三重态的基 态也是可能的， 这和分子轨道排列有关。例如，有一个成功的分子轨道理 论解释了为什么氧分子有三重态的基态(HOMO简并，并且被两个电子占据)。 有奇数个未成对电子的分子(自由基)基态一般是双重态。 HyperChem半经验方法计算通常要求一个给定多重度的最低能态或者一 个给定多重度的次最低能态。由于大多数偶数个电子的分子是没有未成对电 子的闭壳层单重态，所以只有最低的三重态是可用的，而次最低三重态是不 可用的。例如，苯有偶数电子并且基态是闭壳层单重态。可以计算基态(最 低单重态)，第一单重激发态(次最低单重态)，或者第一三重激发态(最低三 重态)。简而言之，当HOMO被两个电子占据，或者一个电子占据HOMO而另一 个在LUMO， 将产生单重或三重激发态。对于双重态和四重态，只有给定多 重度的最低态是可用的。 对开壳层RHF半经验计算，half-electron方法相当于一个闭壳层计算。 例如，如果计算最低双重态，包含未成对电子的轨道实际上被两个自旋相反 的1/2电子占据。这就是说闭壳层Hartree-Fock计算可以用来决定轨道。对 闭壳层SCF能量的一个修正是完全描述双重态。对于偶数电子和闭壳层基态 的分子而言，这意味着第一单重激发态和三重激发态有一样的轨道——都用 HOMO和LUMO轨道成对的1/2电子计算。然而，这个修正应用于计算1/2-电子 态的能量将导致三重态比单重态低。 UHF只允许给定多重度的最低态计算。例如，可以用UHF计算苯的最低三 重激发态，则不能用来计算单重激发态。这是由于HyperChem中的UHF不允许 任意的轨道占据，也不执行允许描述多重态的CI计算。 对RHF来说，可以计算CI波函数。这种计算由一系列计算出来的RHF轨道 开始，或者从最低单重(双重)，或者从半电子的单重和三重(双重和四重)轨 道。这种初始计算作为参考态使用。从参考态，一套微观态产生了。轨道标 准（orbital criterion）或者能量标准（energy criterion ）可以用来选 择这些微观态。一套更准确的电子态可以通过这些微观态适当的线性组合构 成。从CI计算的这些态的结果可以通过log文件察看。 当使用CI的时候，优化和分子动力学任务不能被执行。当CI计算完成的 时候，能量梯度(以及几何优化和分子动力学)不能使用。因为在这种情况下， 做任何几何优化都需要另一个态或程序，而进行的CI计算只能获得光谱信息， 像紫外—可见光谱。 四．分子光谱 1．振动分析和红外光谱 振动频率的性质随使用的semi-empirical方法而变化。一般来说，AM1和 PM3比基于CNDO或INDO方法更接近试验结果。如果在拉曼光谱中出现负频率， 说明这不是分子能量最小的结构。一个有效的最小能量结构只有正频率。这 些方法中，PM3方法最接近实验值，误差一般在10%。下面的表显示了计算CO2 基频的准确度(cm -1 )： Normal Mode CNDO INDO AM1 PM3 Experiment bend 571 553 525 521 667 asymmetric stretch 1888 2080 1480 1406 1340 symmetric stretch 6427 5737 2565 2386 2349 2．紫外—可见光谱 用PM3方法，HyperChem计算乙烯最强跃迁吸收波长是207 nm，十分接近 实验值190-200 nm。在使用HyperChem计算完电子光谱之后，可以使用下表 标记计算的跃迁和定性地评估计算准确度： Substrates Absorption maxima (nm) Simple alkenes 190-200 Acyclic dienes 220-250 Cyclic dienes 250-270 Styrenes 270-300 Saturated ketones 270-280 α,β-Unsaturated ketones 310-330 Aromatic ketones and aldehydes 280-300 Aromatic compounds 250-280 五．电子光谱计算过程 紫外—可见光谱学的应用包括光化学，光生物学，光物理学以及分析光 谱等多种学科。在用singly excited CI进行semi-empirical Single Point 计算之后，使用Electronic Spectrum命令计算UV-visible或者电子光谱。 除了Extended Hückel不能使用外，可以使用ab initio或者semi-empirical 方法。要想生成UV-visible光谱，首先必须使用选择的semi-empirical方法 进行singly excited CI计算。 计算过程： 1. 选择semi-empirical或者ab initio方法并为CI选择Singly Excited。 需要在CI选项对话框中指定至少一个占据轨道和至少一个未占据轨道， 或者指定一个至少和HOMO-LUMO间隔一样大的能量标准。否则得不到光 谱。一般来说，当包括更多的轨道或者增加能量标准的时候，计算花费 的时间更长，而光谱结果反而更准确。 2. 在Compute菜单中选择Single Point。 HyperChem完成SCF计算获得与分子单重基态有关的参考电子组态。接下 来，HyperChem 产生一系列单重激发组态，计算其中的哈密顿矩阵元素， 接着把矩阵对角化得到电子态光谱。 3. 计算结束后，选择Compute菜单的Electronic Spectrum。 这将打开Electronic Spectrum对话框。对话框中出现两套线(跃迁)。顶 部显示所有的电子激发态(单重态和三重态)；底部仅显示光谱活性的电 子态及其相对强度。 4. 左键单击不同的线或者使用1，2键得到这些线的信息。 六．HyperChem的Configuration Interaction（CI）对话框 CI计算可以用来改善波函数的品质和态能量。SCF能级计算是建立在单 电子模型基础上的，其中每个电子是在由分子中其他n-1个电子建立的平均 场中运动的。CI计算可能是超过SCF最广泛使用的计算方法。SCF计算生成一 个描述电子占据轨道的组态。其他组态可以通过把电子从占据轨道激发到虚 的(未占据)轨道，由这个参考组态产生。CI计算产生一套改善的态，每个态 由这些组态的线性组合表示。 使用CI对话框可以控制CI计算的设置。要访问这个对话框，选择Semi- empirical对话框Option选项中的CI。 CI Method的选项有：None，Singly Excited和Microstate。 None 如果不想使用CI选择None。 Singly Excited 在CI计算中仅包括单重激发组态。 Microstate 包括多重激发态，也包括单重激发态。 Orbital Criterion Occupied 从HOMO开始到那些激发电子的占据轨道范围。 Unoccupied 从LUMO开始到那些激发电子的虚拟轨道范围。 Energy Criterion Maximum Excitation CI计算中占据轨道和未占据轨道之间最高轨道能量差(eV)。Maximum Energy越高，CI计算中包括的组态数越多。 七．一个例子：计算双原子分子InCl的电子光谱 1. 画出InCl分子。 选择Build菜单中的Default Element对话框，从元素周期表中选择In。 关闭周期表，选择工具栏中的Draw工具（从左数第一个），在工作区画 出一个In原子。用同样的方法画出Cl原子，并把In和Cl连接。用Select 工具（从左数第二个）选中分子之间的连线，使它变成绿色，在Build 菜单Constrain Bond Length对话框中给定InCl键长。InCl分子就画好 了。此外，还可以在Display菜单Labels对话框中规定Atoms显示Symbol， Bonds显示Bond Length。这样就会显示元素符号和键长了。 2. 双击工具栏Select图标构造分子模型。 Cl | 注意，不要把分子变成 In H ^ H 如何做到这一点呢？我的经验是，在进行第一步的时候，先画In原子， 再把缺省原子定义为Cl，然后用Draw工具从In原子连出一条线，就成了 In-H。在H原子的位置点一下，In-H就变成了In-Cl，这样在进行第二步 时就不会出现上面的那种四原子分子结构了。 另外，虽然没有第二步也可以出结果，但极有可能是错的。 3. 选择Setup菜单中的Semi-empirical。 4. 选择PM3，接着左键单击Options。 5. 在Semi-empirical的Options对话框中，选择RHF(计算电子光谱必须选择 RHF)，设置Total charge，Spin multiplicity，并选择Lowest state。 6. 选择CI。 7. 选择Singly Excited作为CI Method。Singly Excited是计算光谱能量最 有效的方法。 8. 选择Orbital Criterion，指定Occupied和Unoccupied轨道。也可以使用 Energy Criterion。 9. 选择OK按钮依次关闭所有对话框，接着从Compute菜单选择Single Point 进行计算。 10. 计算完成后，从Compute菜单选择Electronic Spectrum。 11. 左键单击右下部的线，这条线会变成紫色，说明被选择了。HyperChem 在对话框底部就会显示这个跃迁的信息。 InCl计算结果： 计算光谱波长（nm） 实验波长（nm） 偏差 A3Π态—基态X1Σ态 382 344 +11% B3Π态—基态X1Σ态 354 334 +6% C1Π态—基态X1Σ态 299 265 +13% 目前还没有人对InCl电子态进行系统的的计算。作为比较，下面给出近 几年国外计算的GaCl电子态（与InCl结构近似）结果与实验的偏差： A3Π态和B3Π态—基态X1Σ态 -17% C1Π态—基态X1Σ态 -5% 可见，用HyperChem算出的结果还是不错的。 八．总结 虽然在大学本科学习了量子力学以及原子、分子物理的一些知识，但我 毕竟没有系统学习过量子化学，所以现在还有很多东西没搞清楚。加上才接 触这个软件不久，有些问题可能理解的不对，所以上面InCl的结果可能还有 毛病。但无论如何，HyperChem确实是搞固体物理和分子研究的人有必要了解 的好东西（我前面说过，HyperChem可以研究包括晶体、红外、拉曼的很多东 西）。即使是算不出来什么结果，HyperChem对于加深对这方面知识的理解， 以及阅读涉及到这类内容的科技文献，也是很有帮助的。 |
9楼2008-01-02 11:19:50
|
原子类型（Atom Types） 在分子动力学计算中，分子中每一个原子都有原子类型。原子类型代表 具有相似化学环境的一系列同类元素原子。环境参数包括杂化及其它因 素。例如，AMBER原子类型C代表一个sp 2羰基碳，CT代表四面体碳，CH 代表一个包括一个氢原子的sp 3碳。分子动力学计算用相同的方法处理 同一类型的所有原子。每一种力场用于一系列不同类型的原子。原子类 型一般需要分子动力学计算。但不是半经验计算。每一种原子类型都有 一个不同于其他力场的名称。力场需要原子类型来获得计算参数。MM+ 力场可以处理缺省的原子类型（用未知类型**表示）。当在画一个新的 分子的时候，HyperChem给每个原子一个类型名称**，表示没有指定原子 类型。当在Build菜单选择Model Build或者Calculate Types，或者改变 力场（使用Setup菜单的Molecular Mechanics），HyperChem使用 Molecular Mechanics Force Field对话框中选择的力场指定恰当的原子 类型。指定类型后，保留的**意味着没有适当的原子类型可用。 |
2楼2008-01-02 11:17:08
|
Setup设置 Charge和Spin Multiplicity 在Ab initio和Semi-empirical计算的对话框中出现。 Charge：指定额外的净剩电荷。额外电荷定义当前的分子系统是一个电中性 系统，正电系统（阳离子），还是一个负电系统（阴离子）。 Spin Multiplicity：自旋多重度。闭壳分子的自旋多重度为1（单重态）。 一个自由基，有一个未成对电子，自旋多重度为2（双重态）。有两个未成 对电子的系统，自旋多重度一般为3（三重态）。然而在某些情况下，例如 两个自由基，两个未成对电子也可能产生单态。 State 描述系统中价电子的状态。包括指定分子处于第一激发单态(Next lowest) 或者Lowest电子态。 Lowest 给定自旋多重度的最低电子态。它不一定是基态。 Next lowest 给定自旋多重度（单重、双重、三重或四重态）的第一电子激发态。 在HyperChem 6.0中，semi-empirical方法通常需要给定多重度的最低能态 （lowest）或者次最低能态（next lowest）的计算。由于偶数个电子的分子 没有未成对电子，是闭壳层单态，所以只有最低三重态是有效的，而次最低 三重态是无效的。例如，苯有偶数个电子，并且基态是闭壳层单重态。我们可 以计算基态（最低单重态），第一激发单重态（次最低单重态），或者第一激 发三重态（最低三重态）。也就是说，或者HOMO被两个电子占据，或者一个电 子在HOMO，另一个电子在LUMO，产生了激发单重态或者三重态。对双重态和四 重态，只有给定多重度的最低态（lowest）可用。 UHF选项仅允许给定多重度的最低态（lowest）可用。例如，可以用UHF选项 研究苯的最低三重激发态，但是不能用来计算单重激发态。这是因为HyperChem 中的UHF选项不允许任意的轨道占据，也不允许CI计算。 对于RHF选项，可以计算CI波函数。这个计算由一系列计算得到的RHF轨道开始， 或者从最低单态（或双重态），或者从half electron的单态和三态（或双态和 四重态）轨道。从这些初始态可以得到参考态，从这些参考态，产生一系列微 观态。通过这些微观态适当的线性组合，可以获得一系列更准确的态。 PM3 PM3方法是对AM1方法的改善，它建立在NDDO近似的基础上。PM3不同于 AM1仅仅在于参数值不同。PM3的参数来自对分子性质更大规模的计算。 典型地，未成键相互作用在PM3中比在AM1中有较小的排斥作用。PM3最 早用于有机分子的计算，但现在对许多主族元素也实现了参数化。 单点计算 单点计算，仅仅执行势能曲面上的一个单个点的计算。例如对一个双原子分子 来说，这可能是在点a原子间距离R=2.0埃的计算。单点计算的结果给出系统在 当前几何构型的势能，以及那个点的梯度。在点b，c，d，或e的单点计算可能 将给出更高的能量。如果在关键的部分取足够多的点，利用Origin或者Matlab 等数学工具软件，就能描出势能曲线，从而精确算出离解能De和核平衡距离re， 利用公式就能得到震动参数ωe。 对多原子系统来说，状况更加复杂，但是本质是一样的。 |
3楼2008-01-02 11:17:37
|
Orbital中显示的轨道信息 Alpha & Beta 显示选择的轨道是alpha自旋还是beta自旋。 LUMO+ 显示选择轨道相对于LUMO的位置关系。例如，选择能量在LUMO之上的 轨道，文本框依次显示+1，+2，+3......；如果选择能量低于LUMO的 轨道，文本框显示-1，-2，-3......。 HOMO- 显示选择轨道相对于HOMO的位置关系。例如，选择能量在HOMO之上的 轨道，文本框依次显示-1，-2，-3......；如果选择能量低于HOMO的 轨道，文本框显示+1，+2，+3......。 Number 显示从能量最低轨道开始的选择轨道绝对数值。对于UHF计算，轨道的 alpha和beta列编号分开显示，对HOMO-和LUMO+选项也是这样。 Energy 以eV为单位显示选择轨道的能量。 Symmetry 显示选择轨道的不可约表示。 Labels 在轨道显示窗口中，显示每个轨道的电子占据情况和每个轨道的能 量。按照约定俗成，向上的箭头代表alpha自旋，向下的箭头代表 beta自旋。对于RHF计算，最大轨道占据是2；对于UHF计算，最大 轨道占据是1。 Zoom Out和轨道的放大 如果轨道间距太密，在使用Labels时，文字符号会重合在一起，看 起来很不方便。通过鼠标左键圈出一个或相邻几个选择的轨道，这 些轨道就会被放大。 放大之后，Zoom Out选项可以在窗口中重新回到显示全部轨道范围。 Orbital Display 设置显示选项，显示等高线或等效面。 2D Contours 这个选项画选择轨道的二维等高线。 3D Isosurface 这个选项画选择轨道的三维曲面。 Orbital squared 选择这一项，图中显示轨道几率密度值的平方。 Options . . . 显示轨道等值面选项（Orbital Isosurface Options）的属性菜单。 Plot 按照指定选项显示选择轨道的等高线或等值面。 |
4楼2008-01-02 11:17:52