Ab initio
Istilah "ab initio" adalah bahasa latin untuk "dari awal". Nama ini diberikan untuk perhitungan yang berasal langsung dari prinsip-prinsip teoritis, tanpa memasukkan data eksperimen. Sebagian besar kali ini adalah mengacu pada perhitungan kuantum mekanik perkiraan. Para perkiraan yang dibuat biasanya perkiraan matematika, seperti menggunakan bentuk fungsional sederhana untuk fungsi atau mendapatkan solusi perkiraan ke persamaan diferensial.
Jenis yang paling umum dari perhitungan ab initio disebut Hartree Fock perhitungan (disingkat HF), di mana pendekatan utama disebut pendekatan lapangan pusat. Ini berarti bahwa tolakan Coulomb elektron-elektron tidak secara khusus diperhitungkan. Namun, itu efek bersih adalah termasuk dalam perhitungan. Ini merupakan perhitungan variasional, yang berarti bahwa energi dihitung perkiraan semua sama atau lebih besar daripada energi yang tepat. Energi dihitung biasanya dalam satuan yang disebut Hartrees (1 H = 27,2114 eV). Karena pendekatan lapangan pusat, energi dari perhitungan HF selalu lebih besar daripada energi yang tepat dan cenderung membatasi nilai Hartree Fock disebut batas.
Pendekatan kedua dalam perhitungan HF adalah bahwa fungsi gelombang harus digambarkan oleh beberapa bentuk fungsional, yang hanya diketahui secara pasti untuk beberapa sistem satu elektron. Fungsi yang paling sering digunakan adalah kombinasi linear dari orbital tipe Slater exp (-ax) atau tipe Gaussian orbital exp (-ax ^ 2), disingkat STO dan GTO. Fungsi gelombang terbentuk dari kombinasi linier dari orbital atom atau lebih sering dari kombinasi linear dari fungsi dasar. Karena pendekatan ini, perhitungan yang paling HF memberikan energi yang dihitung lebih besar dari batas Fock Hartree. Set yang tepat dari fungsi dasar yang digunakan sering ditentukan oleh sebuah singkatan, seperti STO-3G atau 6-311 + + g **.
Sejumlah jenis perhitungan dimulai dengan perhitungan HF kemudian perbaiki untuk tolakan elektron-elektron eksplisit, disebut sebagai korelasi. Beberapa dari metode ini Mohlar-teori perturbasi Plesset (MPN, di mana n adalah urutan koreksi), Generalized Valence Bond (GVB) metode, Multi-Konfigurasi Diri Lapangan Konsisten (MCSCF), Konfigurasi Interaksi (CI) dan teori Ditambah Cluster (CC). Sebagai kelompok, metode ini disebut sebagai perhitungan berkorelasi.
Sebuah metode, yang menghindari membuat kesalahan HF di tempat pertama disebut Quantum Monte Carlo (QMC). Ada beberapa rasa QMC .. variasional, difusi dan fungsi Green. Metode ini bekerja dengan fungsi gelombang eksplisit berkorelasi dan mengevaluasi integral numerik menggunakan integrasi Monte Carlo. Perhitungan ini dapat sangat memakan waktu, tetapi mereka mungkin metode yang paling akurat dikenal saat ini.
Ab initio Sebuah metode alternatif adalah Teori Fungsional Kerapatan (DFT), di mana total energi dinyatakan dalam hal kerapatan elektron total, bukan fungsi gelombang. Dalam jenis perhitungan, ada Hamiltonian perkiraan dan ekspresi perkiraan untuk kerapatan elektron total.
Sisi baik dari metode ab initio adalah bahwa mereka akhirnya konvergen ke solusi yang tepat, setelah semua perkiraan yang dibuat cukup kecil di besarnya. Namun, konvergensi ini tidak montonic. Kadang-kadang, perhitungan terkecil memberikan hasil yang terbaik untuk properti tertentu.
Sisi buruk dari metode ab initio adalah bahwa mereka mahal. Metode-metode ini sering mengambil sejumlah besar memori komputer waktu cpu, dan ruang disk. Metode skala HF sebagai N 4, dimana N adalah jumlah fungsi basis, sehingga perhitungan dua kali lebih besar membutuhkan 16 kali lebih lama untuk menyelesaikan. Korelasi perhitungan skala yang lebih sering lebih buruk daripada ini. Dalam prakteknya, solusi yang sangat akurat hanya dapat diperoleh ketika molekul mengandung elektron setengah lusin atau kurang.
Secara umum, perhitungan ab initio kualitatif memberikan hasil yang sangat bagus dan dapat memberikan hasil kuantitatif semakin akurat sebagai molekul dalam pertanyaan menjadi lebih kecil.
Semiempirical
Semiempirical perhitungan ditetapkan dengan struktur umum yang sama sebagai perhitungan HF. Dalam kerangka ini, potongan-potongan informasi tertentu, seperti dua integral elektron, yang diperkirakan atau benar-benar dihilangkan. Dalam rangka untuk mengoreksi kesalahan diperkenalkan dengan menghilangkan bagian dari perhitungan, metode ini parameter, oleh fitting kurva dalam beberapa parameter atau angka, dalam rangka untuk memberikan kesepakatan terbaik dengan data eksperimen.
Sisi baik dari perhitungan semiempirical adalah bahwa mereka jauh lebih cepat daripada perhitungan ab initio.
Sisi buruk dari perhitungan semiempirical adalah bahwa hasilnya bisa tidak menentu. Jika molekul yang dihitung adalah mirip dengan molekul dalam basis data yang digunakan untuk parameterisasi metode, maka hasilnya mungkin sangat baik. Jika molekul yang dihitung secara signifikan berbeda dari apa pun di set parameterisasi, jawabannya mungkin sangat buruk.
Perhitungan Semiempirical telah sangat berhasil dalam deskripsi kimia organik, di mana hanya ada beberapa elemen yang digunakan secara ekstensif dan molekul ukuran moderat. Namun, metode semiempirical telah dirancang khusus untuk deskripsi kimia anorganik juga.
Pemodelan solid state
Struktur elektronik dari kristal tak terbatas didefinisikan oleh plot struktur pita, yang memberikan energi orbital elektron untuk setiap titik pada k-ruang, yang disebut zona Brillouin. Karena perhitungan ab initio dan menghasilkan energi orbital semiempirical, mereka dapat diterapkan untuk perhitungan struktur pita. Namun, jika memakan waktu untuk menghitung energi untuk molekul, sekarang saatnya bahkan lebih memakan energi untuk menghitung untuk daftar poin di zona Brillouin.
Band perhitungan struktur telah dilakukan untuk sistem yang sangat rumit, namun perangkat lunak belum otomatis cukup atau cukup cepat bahwa siapapun tidak struktur band yang santai. Jika Anda ingin melakukan perhitungan struktur pita, Anda sebaiknya berharap untuk menempatkan banyak waktu dalam usaha Anda.
Mekanika Molekuler
Jika molekul terlalu besar untuk secara efektif menggunakan pengobatan semiempirical, masih mungkin untuk model perilaku itu dengan menghindari mekanika kuantum benar-benar. Metode disebut sebagai Mekanika Molekul mengatur ekspresi aljabar sederhana untuk energi total senyawa, tanpa keharusan untuk menghitung fungsi gelombang atau kerapatan elektron total. Ekspresi energi terdiri dari persamaan klasik sederhana, seperti persamaan osilator harmonik dalam rangka untuk menggambarkan energi yang berkaitan dengan obligasi peregangan, kekuatan lentur, rotasi dan antarmolekul, seperti van der Waals interaksi dan ikatan hidrogen. Semua konstanta dalam persamaan harus diperoleh dari data eksperimen atau perhitungan ab initio.
Dalam metode mekanika molekul, data base senyawa yang digunakan untuk parameterisasi metode (satu set parameter dan fungsi disebut medan gaya) sangat penting untuk kesuksesan itu. Dimana sebagai metode semiempirical mungkin parameter terhadap satu set molekul organik, metode mekanika molekul dapat diparameterkan terhadap kelas tertentu molekul, seperti protein. Seperti medan gaya hanya akan diharapkan memiliki relevansi dengan menggambarkan protein lain.
Sisi baik dari mekanika molekular adalah bahwa hal itu memungkinkan pemodelan molekul besar, seperti protein dan segmen dari DNA, sehingga alat utama ahli biokimia komputasi.
Sisi buruk dari mekanika molekular adalah bahwa ada banyak sifat kimia yang bahkan tidak didefinisikan dalam metode, seperti keadaan tereksitasi elektronik. Dalam rangka untuk bekerja dengan sistem yang sangat besar dan rumit, sering molekul mekanik paket perangkat lunak yang paling kuat dan paling mudah untuk menggunakan antarmuka grafis. Karena itu, mekanika kadang-kadang digunakan karena mudah, tetapi belum tentu cara yang baik untuk menjelaskan sistem.
Dinamika Molekuler
Dinamika molekul terdiri dari memeriksa perilaku tergantung waktu molekul, seperti gerak getaran atau gerakan Brownian. Hal ini paling sering dilakukan dalam deskripsi mekanik klasik mirip dengan perhitungan mekanika molekular.
Penerapan dinamika molekuler untuk pelarut / zat terlarut memungkinkan sistem perhitungan sifat seperti coeficients difusi atau fungsi distribusi radial untuk digunakan dalam perawatan mekanik statistik. Biasanya skema perhitungan pelarut / zat terlarut adalah bahwa jumlah molekul (mungkin 1000) diberikan beberapa posisi awal dan kecepatan. Posisi baru dihitung waktu kecil lagi berdasarkan gerakan ini dan proses ini itterated bagi ribuan langkah-langkah dalam rangka untuk membawa sistem untuk keseimbangan dan memberikan deskripsi statistik yang baik dari fungsi distribusi radial.
Dalam rangka untuk menganalisis getaran dari molekul tunggal, banyak dinamika langkah yang dilakukan, maka data tersebut Fourier berubah menjadi domain frekuensi. Sebuah puncak yang diberikan dapat dipilih dan diubah kembali ke domain waktu, untuk melihat apa gerakan pada frekuensi yang terlihat seperti.
Mekanika statistik
Mekanika statistik adalah cara matematis untuk memperkirakan sifat termodinamika bahan massal dari deskripsi molekul material. Banyak dari mekanika statistik masih pada tahap kertas dan pensil teori, mekanika kuantum karena tidak dapat memecahkan persamaan Schrödinger tepatnya belum, para ahli mekanika statistik tidak benar-benar bahkan titik awal yang baik untuk pengobatan benar-benar ketat. Perhitungan mekanika statistik sering ditempelkan ke akhir perhitungan ab inito untuk sifat fasa gas. Untuk sifat fase terkondensasi, sering dinamika molekul perhitungan yang diperlukan dalam rangka untuk melakukan eksperimen komputasi.
Termodinamika
Termodinamika merupakan salah satu deskripsi paling baik dikembangkan kimia matematika. Sangat sering setiap pengobatan termodinamika yang tersisa untuk pena dan kertas kerja sepele karena banyak aspek kimia sangat akurat digambarkan dengan ekspresi matematika yang sangat sederhana.
Struktur-Properti Hubungan
Struktur-properti hubungan adalah hubungan empiris didefinisikan kualitatif atau kuantitatif antara struktur molekul dan sifat diamati. Dalam beberapa kasus ini mungkin tampak duplikat hasil mekanik statistik, namun struktur-properti hubungan tidak perlu didasarkan pada prinsip-prinsip teoritis ketat.
Kasus yang paling sederhana struktur-properti hubungan aturan ibu jari kualitatif. Sebagai contoh, seorang ahli kimia polimer yang berpengalaman mungkin dapat memprediksi apakah polimer akan lembut atau rapuh didasarkan pada geometri dan ikatan monomer.
Ketika struktur-properti hubungan yang disebutkan dalam literatur saat ini, biasanya menyiratkan hubungan matematika kuantitatif. Hubungan ini paling sering diturunkan dengan menggunakan perangkat lunak kurva pas untuk menemukan kombinasi linear dari sifat molekul, yang terbaik mereproduksi properti yang diinginkan. Sifat-sifat molekul biasanya diperoleh dari perhitungan pemodelan molekul. Deskriptor molekul lain seperti berat molekul atau deskripsi topological juga digunakan.
Ketika properti yang dijelaskan adalah properti fisik, seperti titik didih, ini disebut sebagai Hubungan Kuantitatif Struktur-Properti (QSPR). Ketika properti yang dijelaskan adalah jenis aktivitas biologis (seperti aktivitas narkoba), ini disebut sebagai Hubungan Kuantitatif Struktur-Aktivitas (QSAR).
Perhitungan Simbolik
Perhitungan simbolik dilakukan bila sistem yang terlalu besar untuk sebuah deskripsi atom-by-atom akan layak pada setiap tingkat pendekatan. Sebuah contoh mungkin deskripsi membran lipid dengan menggambarkan individu sebagai perwakilan beberapa poligon dengan beberapa ekspresi untuk energi interaksi. Jenis pengobatan digunakan untuk biokimia komputasi dan bahkan mikrobiologi.
Kecerdasan Buatan
Teknik yang ditemukan oleh ilmuwan komputer tertarik pada kecerdasan buatan telah diterapkan sebagian besar untuk merancang obat dalam beberapa tahun terakhir. Metode ini juga pergi dengan nama De Novo atau rancangan obat rasional. Skenario umum adalah bahwa beberapa situs fungsional telah diidentifikasi dan diinginkan untuk datang dengan struktur untuk sebuah molekul yang akan berinteraksi dengan situs bahwa untuk menghambat fungsi itu. Daripada memiliki ahli kimia mencoba ratusan atau ribuan kemungkinan dengan program mekanika molekul, mekanika molekul dibangun ke dalam program kecerdasan buatan, yang mencoba nomor besar "masuk akal" kemungkinan dalam fasion otomatis. Jumlah teknik untuk menggambarkan "cerdas" bagian dari operasi ini begitu beragam yang tidak mungkin untuk membuat generalisasi apapun tentang bagaimana ini diimplementasikan dalam program.
Visualisasi
visualisasi data adalah proses menampilkan informasi dalam jenis representasi piktorial atau grafis. Sejumlah program komputer yang sekarang tersedia untuk menerapkan skema pewarnaan data atau bekerja dengan tiga dimensi representasi.
Sumber : http://kasmui.blog.com/archives/981/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar