Detail předmětu

Modelování molekulárních struktur

FSI-TSMAk. rok: 2024/2025

Předmět je zaměřen na získání základních znalostí v oblasti výpočetní chemie v rozsahu vhodném pro studium některých inženýrských oborů, např. pro nanotechnologie. Jeho orientace je výrazně aplikační. Student získá přehled o reprezentaci molekul v počítači a o tom, jaké údaje zadat počítačovým programům, aby výsledky modelování byly realistické. V závěru se studenti seznámí s některým uživatelsky příjemným programovým balíkem pro počítačové modelování molekul a molekulárních systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Vstupní znalosti

Znalosti na úrovni absolvovaného předmětu Chemie (FSI-1CH) a absolvování předmětu Organická a makromolekulární chemie (FSI-TOM).


Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Hodnocení studenta bude zohledňovat jednak jeho práci ve cvičení, jednak výsledky písemného testu a diskuze nad zadanými tématy při zkoušce.

Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s teoretickým pozadím metod, které jsou využívané při modelování molekulárních struktur. Důraz je kladen na přehled použitých aproximací a jejich dopadu na kvalitu získaných výsledků. Student získá základní přehled o počítačové reprezentaci molekulárních systémů a o jejich charakterizaci pomocí kvantově-chemických a molekulárně mechanických výpočtů. Student si prakticky vyzkouší výpočet interakční energie, hledání reakční cesty jednoduché reakce a uskuteční krátkou molekulárně dynamickou simulaci..
Kurz usnadní studentům orientaci při výběru diplomového úkolu. Získání všeobecných znalostí v oblasti modelování chemických struktur jim umožní lépe pochopit nové technologické procesy aplikovatelné při vývoji moderních materiálů.

Prerekvizity a korekvizity

Základní literatura

Cramer, C. J. Essentials Of Computational Chemistry: Theories And Models; John Wiley & Sons, 2004.
Leach, A. Molecular Modelling: Principles and Applications, 2nd ed.; Prentice Hall: Harlow England; New York, 2001.
Manuály programů Gaussian (http://www.gaussian.com/) a AMBER (http://ambermd.org/)

Doporučená literatura

Manuály počítačových programů SPARTAN a PEGAS

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-FIN-P bakalářský 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program C-AKR-P celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    specializace CLS , 1 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Osnova

1. Experiment versus molekulové modelování (úvod do molekulového modelování, validace a predikce, přehled experimentálních metod s jednomolekulárním rozlišením)
2. Kvantová mechanika (stručný úvod, Bornova-Oppenheimerova aproximace, koncept hyperploch potenciální energie, stručný přehled metod a programů)
3. Hyperplochy potenciální energie (význam, optimalizační metody, hledání lokálních a globálních minim a tranzitních stavů, vztah k termodynamickým veličinám)
4. Molekulová mechanika (silová pole, dalekodosahové interakce, modelování rozpouštědel, periodické okrajové podmínky, přehled silových polí)
5. Molekulová dynamika (vývoj systému v čase, pohybové rovnice, kontrola teploty a tlaku, vlastnosti systému, stručný přehled programů pro molekulovou dynamiku)
6. Speciální metody (Monte Carlo simulace, hrubozrné modely)

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Osnova

Výpočty podpůrných teoretických příkladů a praktické demonstrace probíhají po celý semestr (např. výpočet interakční energie, studium mechanismu reakce, molekulárně dynamická simulace).