Cosa significa "livello di teoria"?

Oct 25 2020

Stavo leggendo questo articolo sul database molecolare sintetico QM9 e sulle loro proprietà calcolate. Si afferma che

Tutte le proprietà sono state calcolate al livello B3LYP / 6-31G (2df, p) della chimica quantistica.

Mi chiedevo cosa significhi esattamente questo "livello di teoria".

Risposte

9 NikeDattani Oct 26 2020 at 00:54

La risposta di Tristan spiega cosa sono B3LYP e 6-31G (2df, p). Sono d'accordo con tutto quello che ha detto Tristan, scriverò solo una risposta un po 'più generica: non specifica per B3LYP e 6-31G (2df, p).

"Livello di teoria" nella chimica quantistica, è una frase che indica "quanto è accurato" un calcolo. Di solito è indicato nella forma X / Y dove X si riferisce alla precisione con cui l'energia (o proprietà) viene calcolata all'interno dello specifico set di base utilizzato, e Y si riferisce al set di base utilizzato ( cioè come viene modellata la funzione d'onda). Ecco alcuni esempi:

$$ \begin{array}{lcc c} & \textrm{Accuracy within basis set used} & &\textrm{Basis set used}\\ \hline \textrm{B3LYP/6-31G(2df,p)} &\textrm{B3LYP} && \textrm{6-31G(2df,p)}\\ \textrm{CCSD(T)/cc-pVDZ} & \textrm{CCSD(T)} & &\textrm{cc-pVDZ}\\ \textrm{FCI/STO-3G} & \textrm{FCI} & &\textrm{STO-3G} \\ \textrm{MP2/def2-SVP } & \textrm{MP2} && \textrm{def2-SVP}\\ \end{array} $$

Avvertenza: in questa terminologia, anche se il "livello di teoria" è esatto ( ovvero FCI / CBS o "Interazione di configurazione completa" in un "Set di base completo"), l'energia o la proprietà da calcolare non è necessariamente esatta, perché non chiarisce il livello di trattamento degli effetti relativistici, oltre il Born-Oppenheimer, iperfini, elettro-deboli e altri. All'interno di questa nozione di "livello di teoria", tutto ciò che "esatto" significa realmente, è che l'equazione di Schrödinger viene risolta alla piena convergenza numerica per l'Hamiltoniano specifico utilizzato (che potrebbe essere non relativistico, ignorando la correlazione nucleare-elettrone, o approssimare in uno qualsiasi dei numerosi modi diversi).

10 TristanMaxson Oct 25 2020 at 09:51

B3LYPsi riferisce al funzionale utilizzato. È un funzionale ibrido ed è molto comunemente usato, ma spesso non è sufficiente e al giorno d'oggi sono disponibili funzionali migliori. È costruito da una combinazione specifica di funzionali HF, GGA e LDA.

6-31G(2df,p)è un insieme di base di Pople, in particolare un insieme di base polarizzato a doppia zeta di valenza. È stato modificato per aggiungere 2 funzioni diffuse per orbitali d e 1 funzione diffusa per orbitali p su atomi pesanti. Ha anche una funzione extra diffusa per gli orbitali p sugli idrogeni. Questo set di base va bene per molto lavoro, ma oggigiorno ci sono anche alternative che credo funzionino meglio.

Nel complesso, questo è un livello di teoria piuttosto standard per i calcoli molecolari, ma non lo definirei un livello di teoria molto moderno. Detto questo, questo documento è del 2014, quindi non sono sicuro di come si adatterebbero in quel momento.

10 Jack Oct 25 2020 at 16:12

Il livello di calcolo DFT è deciso dalla scelta di funzionali di correlazione di scambio, come LDA e GGA. La figura seguente, chiamata ladder di Jacob, elenca cinque livelli / generazioni di funzionali di correlazione di scambio DFT, in cui è possibile trovare B3LYP. In generale, un livello più alto di correlazione di scambio-funzionale ti darà risultati più affidabili ma con un costo più computazionale.

PS: questa cifra proviene da questo documento (figura 2).