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adf:ir2020

分子的频率、红外IR、零点能、转动能量、转动惯量、熵、焓、热容与Gibbs自由能的计算

第一步,优化分子结构

参考教程:优化分子结构

第二步,计算参数设置

导入优化好的坐标到ADFinput中(导入方法,参考:如何将结构优化、分子动力学某一帧结构导出,或更新到AMSinput用于后续计算),并设置参数如下图

模型创建好之后,点击窗口底部的★符号,程序计算的时候,才能自动识别点群,同时计算效率也会大大提高。一般性参数的设置,可以参考ADF参数设置详解

设置热力学性质的计算参数(温度、压强)如下:

保存任务并运行。

第三步,结果查看

红外谱

在该任何相关的任何窗口,或在ADFjobs中选中该任务之后,点击ADF LOGO > Spectra,即显示振动频率:

如果有虚频,则虚频的峰为负数,此例中没有虚频。

点击峰的位置,或者下方列表中计算得到的某一行(每一行对应一个峰、一个模式),则显示该峰对应的振动模式的振动动画。

零点能

点击SCM > Output > 窗口底部搜索“Zero-point energy”可以看到零点能:

 Zero-point energy (Hartree):     0.0771

Bonding Energy加上零点能即考虑了零点能矫正。

转动惯量

Output窗口底部搜索“Moments of Inertia”,显示转动惯量的数值,及其主轴:

 Moments of Inertia [amu*bohr^2] and principal axis
 ==================================================

          52.0223        194.1243        223.1396
 ------------------------------------------------
           0.8412         -0.5322         -0.0958
           0.0781         -0.0558          0.9954
           0.5350          0.8448          0.0054

熵、焓、热熔与Gibbs自由能

在SCM > Output >Other properties > Statistical Thermal Analysis,可以看到文本形式的输出内容,包括强度和热力学信息:

     Temp                                                        Transl      Rotat     Vibrat     Total
     ----                                                        ------      -----     ------     -----

     378.15   Entropy (cal/mol-K):                               38.587     23.046      7.365     68.998
              Nuclear Internal Energy (kcal/mol):                 1.127      1.127     50.109     52.364
              Constant Volume Heat Capacity (cal/mol-K):          2.981      2.981     11.090     17.051
          (c) Constant Volume Heat Capacity (cal/mol-K):          2.981      2.981     11.045     17.007

       Summary of energy terms
                                                   hartree              eV         kcal/mol           kJ/mol
                                      --------------------     -----------       ----------      -----------
      Energy from Engine:               -1.706721169467299        -46.4422         -1070.98         -4481.00
      Nuclear Internal Energy:           0.083446897878264          2.2707            52.36           219.09
  (c) Nuclear Internal Energy:           0.083408053255381          2.2696            52.34           218.99
      Internal Energy U:                -1.623274271589035        -44.1715         -1018.62         -4261.91
      pV/n = RT:                         0.001197531246016          0.0326             0.75             3.14
      Enthalpy H:                       -1.622076740343019        -44.1390         -1017.87         -4258.76
      -T*S:                             -0.041579770889873         -1.1314           -26.09          -109.17
  (c) -T*S:                             -0.041581265021315         -1.1315           -26.09          -109.17
      Gibbs free energy:                -1.663656511232892        -45.2704         -1043.96         -4367.93

其中,

  • 如同输出文件内容所说,这种计算Gibbs自由能的方式,引入了理想气体近似,
  • Transl,Rotat,Vibrat,Total三项列出了各个温度时,熵、核内能、热容的平移、转动、振动分量与总和。
  • 转动能级的计算:Moments of Inertia,转动惯量I,在前面有列出。转动能级Erotate=h2*J(J+1)/8π2I,其中J为转动量子数也就是能级序号,I为转动惯量(非负整数),h为普朗克常数(h=6.62606896×10-34J·s),π=3.141593。转动能级本身通过玻尔兹曼分布进行平均,得到该温度下的转动能量。
  • Summary of energy terms,列出了电子内能(即Energy from Engine)、焓、Gibbs自由能等信息。
  • (c)是进行了低频热力学修正之后的值,参考:https://www.scm.com/doc/AMS/Vibrational_Spectroscopy.html#thermodynamics

补充:只计算部分原子相关的振动、Gibbs自由能等,如何设置?

设置

其他设置如上文所示,增加设置如下:

  • 将需要计算振动的这部分原子设置为一个Region(设置方法参考:如何创建分区
  • Properties → IR(Frequency),VCD → Hessian only for选择该Region

结果

  • 平动、转动相关的能量,全部原子考虑在内
  • 振动相关能量,仅仅考虑了指定这部分原子振动引起的
adf/ir2020.txt · 最后更改: 2023/04/25 15:29 由 liu.jun

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