आणविक यांत्रिकी(परमाणु क्षमता की विधि), अनुभवजन्य गणना। जियोम निर्धारित करने की विधि. अणुओं की विशेषताएँ और ऊर्जा। इस धारणा के आधार पर कि एक अणु की ऊर्जा E हो सकती है। जमा राशि के योग द्वारा दर्शाया गया है, जो हो सकता है बंधन लंबाई आर, बंधन कोण ए और डायहेड्रल (मरोड़) कोण टी से संबंधित हैं (संबंधित ऊर्जा घटकों को ई सेंट, ई शाफ्ट और ई टोरस दर्शाया गया है)। इसके अलावा, ऊर्जा के लिए सामान्य अभिव्यक्ति में हमेशा एक शब्द ई वीडीवी होता है, जो वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन को दर्शाता है। वैलेंस-अनबॉन्डेड परमाणु, और ई कूल सदस्य, जो इलेक्ट्रोस्टैटिक को ध्यान में रखता है। इंटरैक्शन परमाणुओं और प्रभावी परमाणु आवेशों की उपस्थिति का निर्धारण। इस प्रकार, अणु की कुल ऊर्जा को योग द्वारा दर्शाया जाता है:

पहले दो पदों की गणना करने के लिए, हुक के यांत्रिकी से ज्ञात कानून का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है (इसलिए विधि का नाम):

विश्लेषक. उदाहरण के लिए, ऊर्जा ई टोरस के लिए अभिव्यक्ति। C 2 H 6 अणु के लिए, इसका रूप है:

जहां वी 3 - क्षमता। आंतरिक बाधा घूर्णन. ऊर्जा ई वीडीवी और ई कूल की गणना मॉडल क्षमता के लिए लेनार्ड-जोन्स या बकिंघम सूत्रों का उपयोग करके की जाती है (इंटरमोलेक्यूलर इंटरैक्शन, नॉनवैलेंट इंटरैक्शन देखें)। उपयोग किए गए सभी समीकरणों में पैरामीटर k r, k a, r 0, a 0, आदि को इस तरह से चुना जाता है ताकि प्रयोग को संतुष्ट किया जा सके। संरचनात्मक और थर्मोकेमिकल। मानकों के रूप में चुने गए सबसे सरल अणुओं के लिए डेटा (हाइड्रोकार्बन के लिए, मानक अणु सीएच 4, सी 2 एच 6 और कुछ अन्य हैं)। फिर मापदंडों के परिणामी सेट का उपयोग यौगिकों के एक निश्चित वर्ग के अणुओं की विशेषताओं की गणना करने के लिए किया जाता है। (उदाहरण के लिए, संतृप्त हाइड्रोकार्बन, अल्कोहल, आदि), साथ ही अशोधित पदार्थों के अध्ययन के लिए। आणविक यांत्रिकी की विधि का उपयोग करके गणना में प्रत्येक ऊर्जा को न्यूनतम करना शामिल है। जमा, जो इष्टतम देता है। समग्र रूप से अणु के r, a और t और ऊर्जा E के मान। विशेषज्ञ. कंप्यूटर प्रोग्राम को क्वांटम केमिकल प्रोग्राम की तुलना में बहुत कम कंप्यूटर समय की आवश्यकता होती है। गणना, और भविष्यवाणियों की सटीकता संरचनात्मक और थर्मोकेमिकल की त्रुटि के बराबर है। माप.

आणविक यांत्रिकी की विधि अपघटन की ज्यामिति के संपूर्ण विवरण के लिए जानकारी प्राप्त करना संभव बनाती है। मुख्य रूप से अनुरूपकर्ता स्थिति और क्षमता की सतह पर काठी बिंदुओं पर। ऊर्जा (पीपीई), साथ ही जियोम। क्रिस्टल में संरचनाएँ. गठन की गर्मी, वोल्टेज ऊर्जा, व्यक्तिगत अनुरूपकों की ऊर्जा और अनुरूपण में बाधाओं की ऊंचाई भी निर्धारित की जाती है। परिवर्तन, दोलन आवृत्ति, विद्युत वितरण। आवेश, द्विध्रुव आघूर्ण, रसायन। एनएमआर स्पेक्ट्रा, रासायनिक दरों में बदलाव। r-tions, आदि। आणविक यांत्रिकी के अनुप्रयोग की सीमा बड़ी है: सरल अणुओं से लेकर पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन तक। अन्य तरीकों के साथ संयोजन में, विशेष रूप से गैस में

आणविक यांत्रिकी अणुओं की ज्यामितीय विशेषताओं और ऊर्जा को निर्धारित करने के लिए एक गणना की गई अनुभवजन्य विधि है। इस धारणा के आधार पर कि एक अणु की ऊर्जा को योगदान के योग द्वारा दर्शाया जा सकता है, जिसमें बंधन की लंबाई, बंधन और मरोड़ कोण से जुड़े योगदान शामिल हैं।

वर्तमान में, "आणविक यांत्रिकी" शब्द का उपयोग व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि को परिभाषित करने के लिए किया जाता है जो उपलब्ध प्रयोगात्मक डेटा के आधार पर अणुओं की ज्यामितीय संरचना और उनकी ऊर्जा की सटीक गणना करना संभव बनाता है। यह एक अणु में परमाणुओं के बीच रासायनिक बंधन और वैलेंस-अनबॉन्ड परमाणुओं के बीच कार्य करने वाले वैन डेर वाल्स बलों के शास्त्रीय विचार का उपयोग करता है।

आणविक यांत्रिकी में, इलेक्ट्रॉनों पर स्पष्ट रूप से विचार नहीं किया जाता है, बल्कि उन्हें केवल उस संभावित क्षेत्र के उद्भव का कारण माना जाता है जिसमें नाभिक स्थित होते हैं। और इस क्षमता का परिमाण अनुभवजन्य रूप से निर्धारित होता है।

आणविक यांत्रिकी में, गणना में बड़ी संख्या में मापदंडों का उपयोग किया जाता है। किसी भी अणु के लिए उन्हें उसी वर्ग के अन्य अणुओं के पिछले अध्ययनों से जाना जाना चाहिए। इस प्रकार, आणविक यांत्रिकी का दायरा इस अर्थ में सीमित है कि जिस अणु का अध्ययन किया जा रहा है वह पहले से अध्ययन किए गए यौगिकों के वर्ग से संबंधित होना चाहिए।

संभावित सतह पर स्थित संरचनाओं पर विचार करते समय, कुछ शब्दावली का पालन करना उपयोगी होता है। न्यूनतम ऊर्जा से संबंधित प्रत्येक बिंदु एक अनुरूपक से मेल खाता है। एक आइसोड न्यूनतम से दूसरे में संक्रमण के लिए, अणु को उन्हें अलग करने वाले सैडल बिंदु (पास) से गुजरना होगा। सैडल बिंदु पर, थोड़े से फैले हुए बंधनों और विकृत बंधन कोणों के साथ एक छायांकित संरचना का एहसास होता है।

10. आणविक यांत्रिकी में एक अणु की संभावित ऊर्जा

यदि N परमाणुओं से युक्त और 3N निर्देशांक x h द्वारा वर्णित एक अणु ऊर्जा U 0 और निर्देशांक x 0 के साथ संतुलन विन्यास के संबंध में विकृत है, तो इसकी संभावित ऊर्जा को टेलर श्रृंखला में विस्तारित किया जा सकता है:

किसी अणु की स्थितिज ऊर्जा प्रकृति में पूरी तरह से विद्युत चुम्बकीय होती है और आमतौर पर इसे व्यक्तिगत घटकों के योग के रूप में दिया जाता है:

जो निम्नलिखित प्रकार की अंतःक्रियाओं के अनुरूप हैं: - वैलेंस बांड की संभावित ऊर्जा; - बंधन कोण; - मरोड़ कोण; - तलीय समूह; - वैन डेर वाल्स बल; - इलेक्ट्रोस्टैटिक बल; - हाइड्रोजन बांड। इन घटकों के अलग-अलग कार्यात्मक रूप हैं।

वैलेंस बांडक्षमता द्वारा समर्थित. जहां i अणु में बंधन संख्या है; - संयोजकता बंधों की कुल संख्या; - संयोजकता बंध की प्रभावी कठोरता; - बंध लंबाई: - संतुलन बंध लंबाई। गणना में, वैलेंस इंटरैक्शन का वर्णन करने वाली वास्तविक क्षमता को आमतौर पर एक परवलयिक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

बंधन कोणक्षमता द्वारा दिए गए हैं . जहां मैं बांड कोण संख्या है; - बंधन कोणों की कुल संख्या; - बंधन कोण की प्रभावी लोच; - बंधन कोण का मूल्य; -इसका संतुलन मूल्य.

ऊर्जा मरोड़ बातचीतऔर संभावित संभावनाएं समतल समूह, उसी रूप में लिखा गया है:

मरोड़ कोण की संख्या कहां है; हार्मोनिक की संख्या है; एक स्थिरांक है: मरोड़ कोण की क्षमता में हार्मोनिक का योगदान; हार्मोनिक की बहुलता है।

क्षमताएँ स्थिरांक में भिन्न होती हैं।

वान डर वाल्सतीन या अधिक वैलेंस बांड द्वारा अलग किए गए परमाणुओं की परस्पर क्रिया को लेनार्ड-जोन्स क्षमता द्वारा वर्णित किया गया है: . संभावित पैरामीटर ए और बी इंटरैक्शन में भाग लेने वाले परमाणुओं के प्रकार i और j पर निर्भर करते हैं; , - कहां, और परस्पर क्रिया करने वाले परमाणुओं के निर्देशांक हैं।

इलेक्ट्रोस्टैटिकइंटरैक्शन को कूलम्ब क्षमता द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है; , परमाणुओं पर आंशिक आवेश कहां है: माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक है।

हाइड्रोजन बांडइलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन वाले परमाणुओं के बीच परमाणुओं की गति के दौरान उत्पन्न और गायब हो जाते हैं। हाइड्रोजन बांड क्षमता का कार्यात्मक रूप वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन की क्षमता के समान है, लेकिन कम दूरी की आकर्षक ताकतों के साथ: .

अध्यायद्वितीय.6.1.

आणविक यांत्रिकी (एमएम)

मेनू चयन स्थापित करनाआणविक यांत्रिकी के अनुरूप बिंदु, आपको क्वांटम यांत्रिक दृष्टिकोण (अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों या गैर-अनुभवजन्य हार्ट्री-फॉक विधि में से एक) के बजाय एक बिंदु की ऊर्जा, संतुलन ज्यामिति और वस्तुओं की आणविक गतिशीलता की गणना करने की शास्त्रीय न्यूटोनियन विधि का उपयोग करने की अनुमति देता है। ( ए कोल्ड स्वेट हॉट - हेयडेड बिलिवर)).

आणविक यांत्रिकी की विधि में, परमाणुओं को न्यूटोनियन कण माना जाता है जो अनुभवजन्य रूप से निर्दिष्ट कुछ संभावित क्षेत्रों के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। संभावित अंतःक्रिया ऊर्जा बंधन की लंबाई, बंधन कोण, मरोड़ कोण और गैर-सहसंयोजक अंतःक्रिया (वैन डेर वाल्स बल, इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रिया और हाइड्रोजन बांड सहित) पर निर्भर करती है। इन गणनाओं में, परमाणुओं पर कार्य करने वाली शक्तियों को परमाणुओं के निर्देशांक के कार्यों के रूप में दर्शाया जाता है।

टिप्पणी: यदि सिस्टम का केवल भाग कार्यक्षेत्र में चुना गया है, तो केवल चयनित भाग की इंटरैक्शन को गणना में शामिल किया जाएगा। ज्यामिति को अनुकूलित करते समय और आणविक गतिशीलता गणना करते समय, इस मामले में, केवल चयनित भाग के परमाणु अंतरिक्ष में अपनी स्थिति बदल देंगे, जबकि गैर-चयनित भाग नहीं बदलेंगे, और गणना भागों के बीच संभावित बातचीत को ध्यान में रखेगी। प्रणाली।

आणविक यांत्रिकी विधि का उपयोग करके गणना शुरू करने के लिए, आपको संवाद बॉक्स में चयन करना होगा बल क्षेत्र(बल क्षेत्र ) -गणना के लिए संभावित कार्य। आप चार तरीकों में से एक चुन सकते हैं ( एमएम+, एम्बर, जैव+, ओपीएलएस), जिसके लिंक डायलॉग बॉक्स में देखे जा सकते हैं।

तरीका एमएम+कार्बनिक अणुओं के लिए विकसित किया गया। यह गणना की जा रही प्रणाली के सभी परमाणुओं द्वारा गठित संभावित क्षेत्रों को ध्यान में रखता है और विशिष्ट कार्य के आधार पर गणना मापदंडों के लचीले संशोधन की अनुमति देता है, जो इसे एक तरफ, सबसे सामान्य बनाता है, और दूसरी तरफ, इसे बनाता है। आणविक यांत्रिकी के अन्य तरीकों की तुलना में आवश्यक संसाधनों में नाटकीय रूप से वृद्धि होती है। बटन का चयन करके इस विधि के मापदंडों को बदलने के लिए कई विकल्प प्राप्त किए जा सकते हैं विकल्पचयन बिंदु पर बल क्षेत्र.

तरीका एम्बरप्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के लिए विकसित किया गया। इसमें या तो सभी परमाणुओं को अलग-अलग ध्यान में रखने का विकल्प चुनना संभव है, या संयुक्त परमाणु का विकल्प, जिसका अर्थ है समान गुणों वाले समकक्ष परमाणुओं का समूह। बाद के मामले में, कई परमाणुओं, या उनके समूहों को एक प्रकार के एक परमाणु के रूप में माना जाता है।

जैव+जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स के लिए विकसित किया गया था और यह काफी हद तक एम्बर के समान है।

ओपीएलएसप्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के लिए डिज़ाइन किया गया। यह एम्बर के समान है, लेकिन गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं को अधिक सटीकता से संभालता है।

आणविक यांत्रिकी एमएम+ विकल्प संवाद बॉक्स

एमएम+ संवाद बॉक्स में संबंधित बल फ़ील्ड के लिए सेटिंग्स का एक सेट होता है।

इलेक्ट्रोस्टाटिक्स) गैर-सहसंयोजक इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की गणना द्विध्रुवीय-प्रकार की इंटरैक्शन या आंशिक परमाणु शुल्क का उपयोग करके की जाती है।

Ö बॉन्ड द्विध्रुव का उपयोग गैर-सहसंयोजक इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की गणना के लिए किया जाता है। इस पैरामीटर का मान पैरामीटर फ़ाइल में परिभाषित किया गया है एमएम+.

Ö परमाणु आवेश का उपयोग गैर-सहसंयोजक इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की गणना के लिए किया जाता है। आप मेनू का उपयोग करके अपूर्ण (आंशिक) परमाणु शुल्क सेट कर सकते हैं निर्माण , बिंदु चार्ज सेट करेंया आप पहले मुल्लिकेन की विधि का उपयोग करके प्रत्येक परमाणु के लिए आंशिक शुल्क की गणना करके अर्ध-अनुभवजन्य या एबी इनिटियो गणना कर सकते हैं।

कटऑफ (शट डाउन) यह पैरामीटर गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन के लिए न्यूनतम दूरी को परिभाषित करता है।

Ö अणुओं की गणना करते समय स्विच्ड एक स्मूथिंग फ़ंक्शन का परिचय देता है आवधिक बॉक्स (आवधिक बॉक्स ). यह दृष्टिकोण कमजोर इंटरैक्शन को आंतरिक से बाहरी क्षेत्र की ओर बढ़ते हुए आसानी से शून्य तक कम करने की अनुमति देता है। इस मामले में हाइपरकेम स्विच किए गए पैरामीटर और आंतरिक के मान सेट करता है ( भीतरी) और बाहरी ( आउटर) गोले ( क्षेत्रों).

एक पर . इयह पैरामीटर वैक्यूम में सिस्टम की गणना के लिए सेट किया गया है।

Ö शिफ्टेड एक स्मूथिंग फ़ंक्शन पेश करता है जो 0 से बाहरी क्षेत्र तक पूरे स्थान पर कार्य करता है। यह फ़ंक्शन आपको गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन को आसानी से 0 तक कम करने की अनुमति देता है।

Ö स्विच्ड और शिफ्टेड पैरामीटर के लिए बाहरी त्रिज्या न्यूनतम दूरी निर्धारित करती है जिस पर गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन 0 के बराबर हो जाती है। आमतौर पर यह मान आंतरिक त्रिज्या से कम से कम 4 एंगस्ट्रॉम बड़ा चुना जाता है। आवधिक सीमा स्थितियों के लिए, यह मान आवधिक बॉक्स के न्यूनतम आकार के आधे के बराबर है।

Ö आंतरिक त्रिज्या का चयन केवल तभी किया जाता है जब स्विच्ड कटऑफ सेट हो। गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं को पूरी तरह से ध्यान में रखने के लिए यह अधिकतम अंतर-परमाणु दूरी है। आवधिक सीमा शर्तों को चुनने के मामले में, यह मान न्यूनतम आकार के आधे से 4 एंगस्ट्रॉम कम चुना जाता है आवधिक बॉक्स , या उससे कम, 0 तक। ध्यान दें, सेटिंग्स कटऑफजब कोई नया अणु कार्य क्षेत्र में रखा जाता है तो वे अपने मानक मूल्यों पर लौट आते हैं।

फ़ोर्स फ़ील्ड विकल्प संवाद बॉक्स

इस विंडो का उपयोग बल क्षेत्र मापदंडों का चयन करने के लिए किया जाता है एम्बर, जैव+और ओपीएलएस. हाइपरकेम कटऑफ़ मापदंडों को छोड़कर, इन मापदंडों के मूल्यों को रजिस्ट्री में या chem..ini फ़ाइल में संग्रहीत करता है और बाद की गणनाओं के लिए उनका उपयोग करता है।

ढांकता हुआ पारगम्यता (एप्सिलॉन) (डी विद्युत स्थिरांक). पैरामीटर स्थिरांक (स्थिर ) या दूरी पर निर्भर (दूरी निर्भर) ढांकता हुआ स्थिरांक ईपीएसलॉन की गणना के लिए तरीकों को परिभाषित करें, एक कारक जो आवेशों (और इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता) की परस्पर क्रिया को संशोधित करता है।

Ö लगातार (स्थिर ). इस पैरामीटर का चयन ढांकता हुआ स्थिरांक को स्थिर बनाता है और आवधिक सीमा स्थितियों से मेल खाता है आवधिक बॉक्स . इस वस्तु का चुनाव गैस चरण में या आदर्श समाधान में किसी पदार्थ से मेल खाता है।

Ö दूरी पर निर्भर (दूरी निर्भर). इस पैरामीटर का चयन ईपीएसलॉन को अंतरपरमाणु दूरी के समानुपाती बनाता है। यह दृष्टिकोण एक आदर्श विलायक की अनुपस्थिति में सॉल्वेशन प्रभाव का अनुमान लगाता है और तेज़ गणना की अनुमति देता है। का उपयोग करके गणना में उपयोग के लिए इस पैरामीटर की अनुशंसा की जाती है ओपीएलएस. चूंकि यह पैरामीटर एक विलायक की उपस्थिति को दर्शाता है, इसलिए इसका उपयोग तब नहीं किया जाना चाहिए जब विलायक के अणु मॉडल किए जा रहे सिस्टम में मौजूद हों।

यदि आप कॉन्स्टेंट पैरामीटर ईपीएसलॉन का चयन करते हैं ( एप्सिलॉन)=(मुक्त स्थान का ढांकता हुआ स्थिरांक) * (पैमाना कारक( पैमाने का कारक)). यदि आप पैरामीटर डिस्टेंस डिपेंडेंट ईपीएसलॉन का चयन करते हैं ( एप्सिलॉन)=(मुक्त स्थान का ढांकता हुआ स्थिरांक) * (पैमाना कारक( पैमाने का कारक)) * (अंतरपरमाणु दूरी)। स्केल फ़ैक्टर >=1 होना चाहिए। डिफ़ॉल्ट रूप से, इसे 1 पर सेट किया गया है, जो गणना की जा रही अधिकांश प्रणालियों के लिए संतोषजनक है।

1-4 स्केल फ़ैक्टर ( स्केल फ़ैक्टर 1-4) ठीक तीन बंधों से अलग हुए परमाणुओं के बीच गैर-सहसंयोजक अंतःक्रिया इस कारक से कई गुना बढ़ जाती है।

Ö इलेक्ट्रोस्टैटिक्स (इलेक्ट्रोस्टैटिक्स) तीन बंधों द्वारा अलग किए गए परमाणुओं के बीच आवेशों की परस्पर क्रिया के बल को संशोधित करता है। बल क्षेत्र के लिए यह पैरामीटर 0 से 1 तक भिन्न होता है एम्बरऔर ओपीएलएस 0.5 का उपयोग किया जाना चाहिए जैव+अन्य पैरामीटरों के सेट के आधार पर 1.0, 0.5 या 0.4 की अनुशंसा की जाती है।

Ö वी एन-डेर-वाल्स (वान डर वाल्स ) तीन बंधों द्वारा अलग किए गए परमाणुओं के बीच वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन को संशोधित करता है, 0 से 1 तक भिन्न होता है। एक बल क्षेत्र के लिए एम्बरआपको 0.5, ओपीएलएस के लिए - 0.125, बीआईओ+ के लिए - 1.0 का उपयोग करना होगा।

कटऑफ(कतरन) वह दूरी निर्धारित करता है जिसके बाद परमाणुओं के बीच गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं को ध्यान में नहीं रखा जाता है। गणना के मामले में अवधि में पड़ोसियों के साथ बातचीत को ध्यान में रखने से बचने के लिए इसे दर्ज किया जाना चाहिए आवधिक बॉक्स.

अर्ध-अनुभवजन्य तरीके

एमएनडीओ विधि (1977) सबसे आम अर्ध-अनुभवजन्य तरीकों में से एक है।

बुनियादी अनुमान: विभेदक ओवरलैप की आंशिक उपेक्षा यौगिकों की संरचना (वैलेंस बॉन्ड, कोण, डायहेड्रल कोण) को अनुकूलित करना संभव बनाती है। दिशात्मकता को ध्यान में रखता है आर-ऑर्बिटल्स.

अर्ध-अनुभवजन्य विधियाँ सार्वभौमिक नहीं हैं। वे यौगिकों के उस वर्ग या समूह के लिए काफी सटीक परिणाम देते हैं जिसके लिए पैरामीटरीकरण किया गया था। अनुभवजन्य डेटा आमतौर पर वर्णक्रमीय डेटा से प्राप्त किया जाता है।

यह विधि सैद्धांतिक यांत्रिकी की अवधारणाओं पर आधारित है। विधि एक अणु को परमाणुओं के एक निश्चित समूह के रूप में मानती है, जिसे शास्त्रीय यांत्रिकी की तरह संभावित कार्यों द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

अंतरपरमाणु दूरी r पर ऊर्जा की निर्भरता मोर्स वक्र द्वारा वर्णित है। न्यूनतम ऊर्जा संतुलन दूरी r 0 से मेल खाती है। मोर्स संभावित वक्र की विश्लेषणात्मक अभिव्यक्ति जटिल है।

प्रश्न इस तथ्य से सरल है कि अधिकांश मामलों में r 0 में परिवर्तन एक छोटे से क्षेत्र में होता है। मोर्स वक्र के इस क्षेत्र में, हुक का नियम वास्तविक ऊर्जा वक्र का एक अच्छा सन्निकटन है। हुक के नियम का रूप है:

,

जहाँ U स्थितिज ऊर्जा है, k एक स्थिरांक है।

किसी रासायनिक बंधन की संभावित ऊर्जा या संकुचन की गणना करना सरल है और इसके लिए अधिक कंप्यूटर समय की आवश्यकता नहीं होती है।

यदि बांड की लंबाई चयनित क्षेत्र से आगे बढ़ती है, तो संभावित ऊर्जा की अभिव्यक्ति में एक घन शब्द (आरआर 0) 3 जोड़ा जाता है। तब संभावित फ़ंक्शन रूप लेता है:

+ के 2 (आर-आर 0) 3

यदि बंधन कोण संतुलन मान q 0 से विचलित हो जाता है, तो अंतःक्रिया ऊर्जा की कोणीय विरूपण क्षमता बढ़ जाती है। संभावित फ़ंक्शन भी (q 0 -q) 2 के समानुपाती हो जाता है।

संतुलन कोण मान से बड़े विचलन के लिए, कोण अंतर के घन के अनुपात में सुधार करना आवश्यक है।

अगला सुधार ऊर्जा में परिवर्तन से संबंधित है जब मरोड़ कोण संतुलन मूल्य से विचलित होता है।

रासायनिक बंधों, बंध कोणों और मरोड़ कोणों की लंबाई में परिवर्तन से जुड़ी अंतःक्रियाओं के संयोजन को वैलेंस बल क्षेत्र कहा जाता है।

अधिक सटीक गणना में, वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन को ध्यान में रखना आवश्यक है।

यदि अणु में ध्रुवीय समूह होते हैं, तो इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन और द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय इंटरैक्शन होता है।

आणविक यांत्रिकी विधि में, सभी विचारित अंतःक्रियाओं को एक अणु से दूसरे में स्थानांतरित किया जाता है, जो गणना को सरल बनाता है।

इस प्रकार, अणु का एक यांत्रिक मॉडल बनाया जाता है। कंप्यूटर प्रोग्राम का लक्ष्य किसी दिए गए मॉडल के अनुरूप इष्टतम संरचना और ऊर्जा का पता लगाना है।

यह दृष्टिकोण सबसे जटिल प्रणालियों का अध्ययन करना संभव बनाता है जो आज क्वांटम यांत्रिकी के लिए दुर्गम हैं।

क्वांटम रसायन विज्ञान विधियों का मुख्य लाभ इलेक्ट्रॉनिक संरचना का निर्धारण है।

आणविक यांत्रिकी एक मॉडल के आधार पर अणुओं की ज्यामितीय संरचना और ऊर्जा के प्राथमिक निर्धारण के लिए तरीकों का एक सेट है जिसमें (क्वांटम रसायन विज्ञान के तरीकों के विपरीत) सिस्टम के इलेक्ट्रॉनों पर स्पष्ट रूप से विचार नहीं किया जाता है। कड़ाई से बोलते हुए, आणविक यांत्रिकी (एमएम) शास्त्रीय बलों द्वारा एक साथ रखे गए एक निश्चित द्रव्यमान के बिंदुओं के एक सेट के रूप में एक अणु के प्रतिनिधित्व के आधार पर आणविक संरचना का निर्धारण करने की एक विधि है। आणविक यांत्रिकी को अक्सर परमाणु-परमाणु संभावित कार्यों की विधि भी कहा जाता है। यह विधि इस धारणा पर आधारित है कि किसी अणु की ऊर्जा ई को योगदान के योग द्वारा दर्शाया जा सकता है जिसे बंधन लंबाई आर, बंधन कोण और डायहेड्रल (मरोड़) कोण के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

आणविक ऊर्जा में योगदान में लोचदार बंधन ऊर्जा (हुक के नियम द्वारा वर्णित), बंधन कोणों और स्थानिक कोणीय उपभेदों की झुकने वाली ऊर्जा, और इलेक्ट्रोस्टैटिक और वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन की ऊर्जा शामिल हैं। इसके अलावा, ऊर्जा के लिए सामान्य अभिव्यक्ति में हमेशा एक शब्द यूडव होता है, जो वैलेंस-अनबॉन्ड परमाणुओं के वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन को दर्शाता है, और एक शब्द ईकुल, जो परमाणुओं के इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन को ध्यान में रखता है और प्रभावी परमाणु शुल्क की उपस्थिति निर्धारित करता है। .

आणविक यांत्रिकी विधि उचित कम्प्यूटेशनल लागत पर बड़े आणविक प्रणालियों और समूहों के लिए ऊर्जा न्यूनतमकरण की सफलतापूर्वक अनुमति देती है। आणविक यांत्रिकी पद्धति का उपयोग करके गणना के परिणाम बल क्षेत्र के मानकीकरण पर निर्भर करते हैं। मापदंडों का संख्यात्मक मान चुना जाता है ताकि अणु की गणना और प्रयोगात्मक विशेषताओं के बीच सहमति प्राप्त की जा सके। पैरामीटर संतुलन आंतरिक परमाणु दूरी (बंध लंबाई) और बंधन कोण, साथ ही बल स्थिरांक, यानी, परमाणुओं के जोड़े को जोड़ने वाले लोचदार बलों की कठोरता गुणांक हैं। आणविक यांत्रिकी के सबसे सरल मॉडल बॉन्ड स्ट्रेचिंग (Ustr.), वैलेंस की विकृति (Udef.) और डायहेड्रल (मरोड़) कोणों (Utors.), वैलेंस-अनबॉन्डेड परमाणुओं की परस्पर क्रिया, जिसे वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन (Uvdv) भी कहा जाता है, को ध्यान में रखते हैं। ), इलेक्ट्रोस्टैटिक योगदान (यूएल-स्टेट), आदि। :

यू = उरास्ट + उडेफ + यूटोर्स + उवदव + उएल-स्टेट (1)

प्रत्येक पद के लिए, एक निश्चित विश्लेषणात्मक अभिव्यक्ति लिखी जाती है (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोस्टैटिक योगदान यूएल-स्टेट की ऊर्जा, कूलम्ब फ़ंक्शन द्वारा वर्णित है, लेकिन, शायद, पैरामीटर के रूप में गैर-पूर्णांक शुल्क के साथ) और संबंधित पैरामीटर कार्यों को आधार अणुओं के कुछ गुणों के अनुसार समायोजित किया जाता है। उदाहरण के लिए, गणना सटीकता के लिए बहुत अधिक आवश्यकताओं के साथ संतृप्त हाइड्रोकार्बन के संभावित कार्य का वर्णन करने के लिए, लगभग दस पैरामीटर पर्याप्त हैं।

आणविक यांत्रिकी विधि स्वतंत्रता की सभी डिग्री को ध्यान में रखते हुए, अणु की संभावित ऊर्जा का अनुमान लगाने के लिए एक कम्प्यूटेशनल मॉडल के रूप में भी काम कर सकती है। आणविक यांत्रिकी विधि का उपयोग करके गणना में प्रत्येक ऊर्जा योगदान को कम करना शामिल है, जो संपूर्ण रूप से अणु की दूरी, बंधन कोण, डायहेड्रल कोण और ऊर्जा ई का इष्टतम मान देगा। विशेष कंप्यूटर प्रोग्राम जो आणविक यांत्रिकी विधि का उपयोग करके गणना संचालित करते हैं, उन्हें क्वांटम रासायनिक गणना की तुलना में बहुत कम कंप्यूटर समय की आवश्यकता होती है, और इस विधि द्वारा संरचना और ऊर्जा पूर्वानुमानों की सटीकता ज्यादातर मामलों में संरचनात्मक और थर्मोकेमिकल माप की त्रुटि के बराबर होती है।

आणविक यांत्रिकी की विधि किसी को जमीनी अवस्था में और संभावित ऊर्जा सतह (पीईएस) पर काठी बिंदुओं पर विभिन्न अनुरूपकों की ज्यामिति के साथ-साथ क्रिस्टल और अनाकार में संरचना की ज्यामिति के पूर्ण विवरण के लिए जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देती है। vitreous) शरीर। इस विधि का उपयोग गठन की गर्मी, वोल्टेज ऊर्जा, व्यक्तिगत अनुरूपकों की ऊर्जा और गठनात्मक परिवर्तनों के लिए बाधाओं की ऊंचाई निर्धारित करने, कंपन आवृत्तियों और द्विध्रुव क्षणों को निर्धारित करने, विद्युत चार्ज वितरण आदि निर्धारित करने के लिए भी सफलतापूर्वक किया जाता है। आणविक यांत्रिकी के अनुप्रयोगों की सीमा बड़ी है: सरल अणुओं से लेकर जटिल धातु परिसरों, पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन तक। अन्य तरीकों के संयोजन में, विशेष रूप से गैस इलेक्ट्रॉन विवर्तन और एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण में, ज्यामितीय विशेषताओं को निर्धारित करने की विश्वसनीयता और सटीकता बढ़ जाती है।

आणविक यांत्रिकी की विधि लागू नहीं होती है: 1) मॉडलिंग प्रणालियों के लिए जिनके गुण इलेक्ट्रॉनिक प्रभावों जैसे कक्षीय अंतःक्रियाओं द्वारा निर्धारित होते हैं और 2) रासायनिक बंधन तोड़ने के मामले में।

एक संतुलन अवस्था में संरचनात्मक मापदंडों और अणुओं की ऊर्जा की आणविक यांत्रिकी विधि द्वारा गणना के आधार पर, मोंटे कार्लो विधि (यादृच्छिक चर मॉडलिंग द्वारा गणितीय समस्याओं को हल करने की एक विधि) का उपयोग करके अध्ययन के तहत सिस्टम के थर्मोडायनामिक मापदंडों का अध्ययन करना संभव है और सांख्यिकीय अनुमानों का निर्माण) और आणविक गतिशीलता पद्धति का उपयोग करके सिस्टम में अंतर- और अंतर-आणविक आंदोलनों की संभावना।