¿Qué significa "nivel de teoría"?
Estaba leyendo este artículo sobre la base de datos molecular sintética QM9 y sus propiedades calculadas. Se indica que
Todas las propiedades se calcularon en el nivel B3LYP / 6-31G (2df, p) de la química cuántica.
Me preguntaba qué significa exactamente este "nivel de teoría".
Respuestas
La respuesta de Tristan explica qué son B3LYP y 6-31G (2df, p). Estoy de acuerdo con todo lo que dijo Tristan, solo escribiré una respuesta que es un poco más genérica: no específica de B3LYP y 6-31G (2df, p).
"Nivel de teoría" en química cuántica es una frase que indica "cuán preciso" es un cálculo. Por lo general, se denota en la forma X / Y donde X se refiere a la precisión con la que se calcula la energía (o propiedad) dentro del conjunto de bases específico que se está utilizando, e Y se refiere al conjunto de bases utilizado ( es decir, cómo se modela la función de onda). Aquí hay unos ejemplos:
$$ \begin{array}{lcc c} & \textrm{Accuracy within basis set used} & &\textrm{Basis set used}\\ \hline \textrm{B3LYP/6-31G(2df,p)} &\textrm{B3LYP} && \textrm{6-31G(2df,p)}\\ \textrm{CCSD(T)/cc-pVDZ} & \textrm{CCSD(T)} & &\textrm{cc-pVDZ}\\ \textrm{FCI/STO-3G} & \textrm{FCI} & &\textrm{STO-3G} \\ \textrm{MP2/def2-SVP } & \textrm{MP2} && \textrm{def2-SVP}\\ \end{array} $$
Advertencia: En esta terminología, incluso si el "nivel de teoría" es exacto ( es decir, FCI / CBS o "Interacción de configuración completa" en un "Conjunto básico completo"), la energía o propiedad que se calcula no es necesariamente exacta, porque no aclara el nivel de tratamiento de los efectos relativistas, más allá de Born-Oppenheimer, hiperfinos, electro-débiles y otros. Dentro de esta noción de "nivel de teoría", todo lo que realmente significa "exacto" es que la ecuación de Schrödinger se está resolviendo a la convergencia numérica completa para el hamiltoniano específico que se está utilizando (que podría ser no relativista, ignorando la correlación nuclear-electrónica, o aproximarse de varias formas diferentes).
B3LYPse refiere al funcional que se está utilizando. Es un funcional híbrido y se usa con mucha frecuencia, pero a menudo no es suficiente y hoy en día se encuentran disponibles mejores funcionales. Está construido mediante una combinación específica de funciones HF, GGA y LDA.
6-31G(2df,p)es un conjunto de bases de Pople, específicamente un conjunto de bases de valencia polarizadas en doble zeta. Se ha modificado para agregar 2 funciones difusas para orbitales d y 1 función difusa para orbitales p en átomos pesados. También tiene funciones extra difusas para orbitales p en hidrógenos. Este conjunto de bases está bien para mucho trabajo, pero hoy en día también hay alternativas que creo que funcionan mejor.
En general, este es un nivel de teoría bastante estándar para los cálculos moleculares, pero no lo llamaría un nivel de teoría muy moderno. Dicho esto, este documento es de 2014, por lo que no estoy seguro de cómo encajarían en ese momento.
El nivel computacional de DFT se decide eligiendo un funcional de correlación de intercambio, como LDA y GGA. La siguiente figura llamada escalera de Jacob enumera cinco niveles / generaciones de funciones de correlación de intercambio DFT, en las que puede encontrar B3LYP. En general, un nivel de intercambio-correlación-funcional más alto le dará resultados más confiables pero con un mayor costo computacional.
PD: Esta cifra proviene de este documento (Figura. 2).