O que significa “nível de teoria”?
Eu estava lendo este artigo sobre o banco de dados molecular sintético QM9 e suas propriedades computadas. É afirmado que
Todas as propriedades foram calculadas no nível B3LYP / 6-31G (2df, p) da química quântica.
Eu estava me perguntando o que esse 'nível de teoria' significa exatamente.
Respostas
A resposta de Tristan explica o que são B3LYP e 6-31G (2df, p). Concordo com tudo que o Tristan disse, escreverei apenas uma resposta um pouco mais genérica: não específica para B3LYP e 6-31G (2df, p).
"Nível de teoria" na química quântica é uma frase que indica "quão preciso" é um cálculo. Geralmente é denotado na forma X / Y, onde X se refere à precisão com que a energia (ou propriedade) é calculada dentro do conjunto de base específico que está sendo usado e Y se refere ao conjunto de base usado ( ou seja, como a função de onda é modelada). aqui estão alguns exemplos:
$$ \begin{array}{lcc c} & \textrm{Accuracy within basis set used} & &\textrm{Basis set used}\\ \hline \textrm{B3LYP/6-31G(2df,p)} &\textrm{B3LYP} && \textrm{6-31G(2df,p)}\\ \textrm{CCSD(T)/cc-pVDZ} & \textrm{CCSD(T)} & &\textrm{cc-pVDZ}\\ \textrm{FCI/STO-3G} & \textrm{FCI} & &\textrm{STO-3G} \\ \textrm{MP2/def2-SVP } & \textrm{MP2} && \textrm{def2-SVP}\\ \end{array} $$
Aviso: nesta terminologia, mesmo que o "nível de teoria" seja exato ( ou seja, FCI / CBS ou "Interação de configuração completa" em um "Conjunto de base completo"), a energia ou propriedade sendo calculada ainda não é necessariamente exata, porque não deixa claro o nível de tratamento dos efeitos relativísticos, além-Born-Oppenheimer, hiperfinos, eletrofracos e outros. Dentro desta noção de "nível de teoria", tudo o que "exato" realmente significa, é que a equação de Schrödinger está sendo resolvida para a convergência numérica completa para o hamiltoniano específico sendo usado (que poderia ser não relativístico, ignorando a correlação elétron-nuclear, ou aproximado de várias maneiras diferentes).
B3LYPrefere-se ao funcional que está sendo usado. É um funcional híbrido e muito comumente usado, mas muitas vezes não é suficiente e melhores funcionais estão disponíveis hoje em dia. Ele é construído por uma combinação específica de funcionais HF, GGA e LDA.
6-31G(2df,p)é um conjunto de base Pople, especificamente um conjunto de base polarizada duplo-zeta de valência. Ele foi modificado para adicionar 2 funções difusas para orbitais d e 1 função difusa para orbitais p em átomos pesados. Ele também tem funções difusas extras para orbitais p em hidrogênios. Este conjunto de bases é adequado para muito trabalho, mas existem alternativas hoje em dia também que acredito que funcionam melhor.
No geral, este é um nível de teoria bastante padrão para cálculos moleculares, mas eu não o chamaria de um nível de teoria muito moderno. Dito isso, este artigo é de 2014, então não tenho certeza de como eles se encaixariam naquele momento.
O nível computacional DFT é decidido pela escolha de um funcional de correlação de troca, como LDA e GGA. A figura a seguir chamada escada de Jacob lista cinco níveis / gerações de funcionais de correlação de troca DFT, nos quais você pode encontrar o B3LYP. Em geral, um nível funcional de correlação de troca mais alto fornecerá resultados mais confiáveis, mas com um custo mais computacional.
PS: Esta figura é proveniente deste artigo (Figura. 2).