Visualisasi orbital molekul dan kristal

---

Pengantar

Download Molden: ftp://ftp.cmbi.umcn.nl/pub/molgraph/molden/bin/Windows/

States versus Orbit

Atom, molekul, dan padatan ada di states. Orbit adalah fungsi gelombang satu elektron dan tidak pernah dapat diamati di banyak sistem elektron.Namun, visualisasi orbital molekul dan kristal yang diperoleh dari ab initio telah menjadi alat yang berguna untuk menafsirkan perhitungan kuantum-kimia.

Berikut ini Anda akan menemukan petunjuk langkah demi langkah cara memvisualisasikan orbital molekul dan kristal dengan program kristal . Tutorial ini menggunakan versi terbaru dari program Jmol . Orbital molekuler dapat divisualisasikan dengan beberapa program, misalnya Gabedit, Molden dan banyak lainnya yang mendukung format Molden. Orbital kristal ditulis dalam format Molden yang dimodifikasi yang saat ini hanya didukung oleh Jmol versi terbaru.

Orbit Molekuler (MO)

Pertama, Anda perlu menjalankan perhitungan kristal untuk mendapatkan fungsi gelombang konvergen, yang disimpan dalam file fort.9 . Di bawah ini adalah contoh input untuk perhitungan titik tunggal molekul air dengan metode Hartree-Fock (RHF) terbatas dalam basis def2-SVP:

Molekul Air 
MOLEKUL 
1 
3 
8 0,00000 0,00000 -0,39251 
1 0,75586 0,00000 0,19626 
1 -0,75586 0,00000 0,19626 
BasisSet 
def2-SVP 
RHF 
TOLINTEG 
10 10 10 20 30 
SCFDIR 
FMIXING 
50 
ANDERSON 
END

Jalankan perhitungan menggunakan perintah:

crystal <H2O_def2SVP_RHF.d12> H2O_def2SVP_RHF.out

Setelah perhitungan selesai, Anda dapat menjalankan properti untuk mendapatkan file Molden. Berikut inputnya :

BERITA 
1 0 
ORBITAL 
WaterMO 
0 
0 
AKHIR 
AKHIR

Perhatikan kata kunci ORBITAL . Diperlukan NEWK . WaterMOs adalah nama file yang digunakan untuk menulis data. Akhiran “.molden” ditambahkan secara otomatis. Permintaan bilangan bulat berikutnya untuk koordinat Cartesian dan orbital kanonik. Jalankan properti menggunakan perintah:

properti <H2O_def2SVP_RHF_Orbitals.d3> H2O_def2SVP_RHF_Orbitals.out

Selanjutnya, buka file “WaterMOs.molden” dengan Jmol:

jmol WaterMOs.molden

Aktifkan konsol Jmol melalui “File → Console”. Di sini Anda dapat mengetik semua perintah untuk menampilkan orbital molekul sementara Anda dapat memutar molekul secara bebas menggunakan mouse di jendela utama.Perintah “mo homo” akan menampilkan orbital molekul terisi tertinggi (HOMO). Ini juga berfungsi untuk orbital molekul rendah kosong (LUMO) “mo lumo” dan bilangan bulat “mo 1”. Anda dapat mengekspor gambar secara langsung sebagai file “.png 1” atau “.jpg 1” menggunakan perintah:

write “homo.png”

Alternatif untuk perintah mo adalah perintah isosurface yang menerima (opsional) lebih banyak argumen untuk menyesuaikan gambar:

isosurface cutoff 0.2 resolution 10 mo homo translucent

Ada banyak perintah berguna lainnya yang cukup jelas:

• set background XXXX adalah warna, mis. Putih
• zoom XXXX menjadi angka, misalnya 75

Untuk informasi lebih lanjut tentang penggunaan Jmol, silakan lihat dokumentasi Jmol atau di salah satu dari banyak tutorial Jmol .

Orbit Molekuler Lokal (LMO)

Untuk menganalisis ikatan dan memvisualisasikan pasangan mandiri, orbital molekul terlokalisasi (LMO) adalah alat yang hebat. Pertimbangkan menjalankan input berikut untuk perhitungan titik tunggal Alanine:

Alanin 
MOLEKUL 
1 
13 
7 -1,53120 0,96850 0,38621 
6 -0,69900 -0,24170 0,41820 
1 -0,70870 -0,66270 1,42350 
6 -1,25450 -1,26890 -0,57030 
6 0,71510 0,11080 0,03480 
8 0,93981 1,13010 -0,57390 
8 1,72500 -0,70760 0,36940 
1 -1,53850 1,37800 -0,53600 
1 - 2.46910 0.77090 0.70150 
1 -1.24490 -0.84780 -1.57560 
1 -0.63710 -2.16680 -0.54651 
1 -2.27740 -1.52380 -0.29301 
1 2.61460 -0.43921 0.10170 
BasisSet 
def2-SVP 
DFT
PBE0-D3 
AKHIR 
TOLINTEG 
10 10 10 20 30 
SCFDIR 
FMIXING 
50 
ANDERSON 
END

Anda dapat melokalkan orbital dan menghasilkan file Molden dalam satu langkah dengan program properti dengan menjalankan file input ini :

BERITA 
1 0 
LOCALI 
AKHIR 
ORBITAL 
Alanine 
0 
1 
AKHIR 
AKHIR

Perhatikan kata kunci LOCALI dan nomor kedua setelah nama file (Alanine) telah berubah menjadi 1 (yang merupakan singkatan dari penggunaan orbital terlokalisasi). Anda juga dapat menjalankan pelokalan secara terpisah, meninggalkan kata kunci LOCALI saat memanggil ORBITAL , tetapi kemudian Anda perlu memastikan bahwa file fort.80 ada. Untuk informasi lebih lanjut tentang opsi pelokalan, bacalah manual CRYSTAL. Perintahnya

isosurface cutoff 0.2 resolution 15 mo 24 translucent

dan

write “ala_lmo24.png”

menghasilkan gambar pasangan mandiri terlokalisasi pada atom N. Harap dicatat, bahwa dengan pengaturan default hanya orbital yang ditempati yang dilokalisasi. Karena itu perintahnya

“mo homo”

tidak berfungsi dan Anda harus memberikan nomor orbital.

Crystalline Orbitals (COs) – Orbit Canonical

Pertama, Anda perlu menjalankan perhitungan kristal untuk mendapatkan fungsi gelombang konvergen, yang disimpan dalam file fort.9 . Di bawah ini adalah contoh input untuk perhitungan titik tunggal korundum Al ₂ O ₃ dengan metode PBE dalam basis 85-11G * dan 84-11G * untuk atom Al dan O, masing-masing:

Korundum 
CRYSTAL 
0 0 0 
167 
4,70228173 12,64173366 
2 
13 3.333333333333E-01 -3.333333333333E-01 1.894521761112E-02 
 8 -3.651264578780E-01 -3.333333333333E-01 -8.333333333333E-02 
END 
13 5 
0 0 8 2. 1. 
 70.510,0 0.000226 
 10080.0 0,0019 
 2131.0 0,0110 
 547,5 0,0509 
 163,1 0,1697 
 54,48 0,3688 19,05 0,3546 
 5,402 
 0,0443 
0 1 5 8. 1. 
 139,6 -0,01120 0,0089 
 32,53 -0,1136 0,0606 
 10,23 -0,0711 
 0,1974 3,810 
 0,5269 0,375 0,675 
0 0,9075 
 1 1. 
0 1 1 0. 1.
 1. 1. 0.35 
0 3 1 0 1. 
 0,51 1. 
8 5 
0 0 8 2.0 1.0 
 8020,0 0,00108 
 1338,0 0,00804 
 255,4 0,05324 
 69,22 0,1681 
 23,90 0,3581 
 9,264 0,3855 
 3,851 0,1468 
 1,212 0,0728 
0 1 4 6.0 1.0 
 49,43 -0,00883 0,00958 
 10,47 -0,0915 0.0696 
 3.235 -0.0402 0.2065 
 1.217 0.379 0.347 
0 1 1 0.0 1.0 
 0.500 1.0 1.0 
0 1 1 0.0 1.0 
 0.191 1.0 1.0 
0 3 1 0.0 1.0 
 0.500 1.0 
99 0 
END 
DFT 
EXCHANGE 
PBE 
CORRELAT 
PBE 
END 
SHRINK 
3 3
AKHIR

Setelah perhitungan selesai, Anda dapat menjalankan perhitungan properti untuk membuat file “.molden”. Untuk menjalankan perhitungan seperti itu, inputnya adalah sebagai berikut

BERITA 
3 3 
1 0 
ORBITAL 
Corundum-COs 
1 
0 
AKHIR 
AKHIR

Perhatikan bahwa, dalam hal ini setelah nama file Corundum-COs , argumen integer pertama diatur ke 1 permintaan untuk koordinat fraksional. Nomor bilangan bulat kedua dapat diatur ke 0 atau 1 tergantung masing-masing orbital kanonik atau fungsi Wannier. Ketika perhitungan selesai, untuk setiap k menunjuk dua file dihasilkan. File-file memiliki informasi pada bagian nyata dan bagian kompleks CO, terlepas dari titik Γ yang hanya nyata. Dalam contoh saat ini, kami memiliki 6 k poin untuk total 11 output (5 real, 5 complex, dan Γ). Di bawah ini kami melaporkan orbital kristal terisi tertinggi (HOCO) dan orbital kristal kosong yang tidak diduduki (LUCO), masing-masing, seperti yang diperoleh pada Γ.

HOCO	LUCO

Untuk mendapatkan gambar-gambar itu, buka salah satu output dengan Jmol dan ketik konsol

isosurface resolution 15 mo homo translucent

dan

write “corund_hoco.png”

Prosedur analog untuk gambar status LUCO. Di jendela konsol, ketik

isosurface resolution 15 mo lumo translucent

dan

write “corund_luco.png”

Lihat bagian Orbit Molekuler untuk penjelasan lebih rinci tentang prosedur Jmol.

Orbit Kristal Kristal Lokal (LCO) – Fungsi Wannier

Untuk mengubah orbital kanonik menjadi melokalisasi fungsi Wannier, Anda harus menambahkan kata kunci LOCALI dan menetapkan argumen integer kedua, di bawah nama file, menjadi 1. (Corundum-LCOs) harus diubah menjadi 1. Input untuk perhitungan tersebut harus sebagai

BERITA 
3 3 
1 0 
LOCALI 
AKHIR 
ORBITAL 
Corundum-LCOs 
1 
1 
AKHIR 
AKHIR

Di bawah ini kami melaporkan sebagai contoh visualisasi 5 LCO.

LCO # 14	LCO # 21	LCO # 37

LCO # 46	LCO # 50

Prosedur untuk menghasilkan gambar-gambar itu sama. Ingat, seperti dalam kasus molekuler, perintah

“mo homo”

tidak bekerja. Nomor eksplisit LCO harus diketik di konsol. Perintahnya

isosurface resolution 15 mo 14 translucent

dan

write “corund_lco14.png”

buat gambar LCO ^ke- 14 .