Деңгей Химиялық технологияның негізгі үдерістері мен заңдылықтары
Молекулаларды және химиялық реакцияларды компьютерлік модельдеу
жүктеу/скачать 1,38 Mb.
|
ҚЗХЖ толықтырылғын
| 3 Молекулаларды және химиялық реакцияларды компьютерлік модельдеу
Химиялық реакцияларды компьютерлік модельдеу – бұл теориялық физиканың, қолданбалық математиканың және химияның бірігіп қалыптасуы нәтижесіндегі білім облысының туындысы. Компьютерлік химияда көпатомдық молекулалардың құрылысы және олардың арасындағы реакциялардың мөлшерлік теориясы құрылды. Көп жылдық тарихы бар компьютерлік химия молекулярлық деңгейде микроәлемнің қалай ұйымдасқанын түсінуге мүмкіндік берді. Ол өте жоғары сенімділік дәрежесінде мөлшерлік болжау жүргізуге мүмкіндік берді. Біріншіден, мұндай болжауға негізделіп, қандай да бір молекуланың немесе молекулалық жүйенің тұрақты болуын бағалауға болады. Екіншіден, мұндай молекулярлық жүйелердің меншіктік сипаттамаларын (құрылысының геометриясы, молекуланың ішіндегі зарядтардың таралуы, және т.б.) анықтауға болады. Үшіншіден, қандайда бір химиялық реакциялардың бағыттарын анықтауға болады. Қуатты және жылдамдығы жоғары ЭЕМ-нің дамуымен бірге мықты бағдарламалық қамтамасыздау мұндай болжау жасауға зерттеушілердің көбісінің әр түрлі бағыттарда жұмыстарын жемісті жүргізуге мүмкіндік берді. Компьютерлік химияның негізгі бағыттары: -жаңа және тиімділігі жоғары заттарды іздеу және таңдаудың түбегейлі жаңа копьютерлік бағдарламаларын құрастыру және жасау; -функционалдық белсенді заттардың кең спектрі үшін құрылым-белсенділік байланысының мөлшерлік талдамасын жасау; Химияда да инженерлік есептеулер жүргізу мүмкін болды. Олардың сенімділігінің дәлдігі 80-90 %-ды құрайды. Бұл есептеулердің ұтымдысы сол – әдеттегі зерттеу бөлмелеріндегі «тірі» эксперименттерге қарағанда салыстырмалық түрде өте аз уақыт жұмсалады. Және бірнеше нұсқаларды тексеріп көруге болады. Сәйкесінше мұндай тәсілдер өте кең қолданылуда. Және де молекулярлық дизайнның (молекулаларды модельдеудің) негізін құрады. Қазіргі кезде өз замандастарынан озық болуы үшін химик-зерттеушілер дәстүрлік қалыптасқан білімдерді ғана қолданып, эксперименттерді жүргізуі жеткіліксіз. Олай болса, химиялық жүйелерді модельдеуді қатар және тіпті көбірек қолдану қажет. Қазіргі уақытта зерттеу жұмысының екі бірдей жағын атауға болады. Компьютер әдеттегідей және үйреншікті химиялық және физикалық-химиялық эксперимент сияқты зерттеу құралы болып табылады. Олай болса, зерттеуді де, есептеуді де бір адам орындай алады. Компьютерлік химияның әдістерін игеру, оларды пайдаланып жұмыс істеу заманауи химик мамандар үшін басты талаптардың бірі болып отыр. Сонымен бірге, заманауи компьютерлік бағдарламаларды қолдану ыңғайлы жасалған. Сондықтан да онымен тіпті мектептің оқытушылары да жұмыс істей алады. Молекулалардың электрондық деңгейлерін зерттеудің негізгі эксперименталдық әдістерінің бірі спектроскопия болып табылады. Мысалы, ультракүлгін, оптикалық және фотоэлектрондық спектроскопияның көмегімен әлсіз байланысқан электрондардың энергияларының деңгейлерінің қалпын анықтайды. Тереңірек жатқан немесе орналасқан электрондардың энергияларын рентгендік фотоэлектрондық спектроскопияны қолданып анықтайды. Молекулалардың энергетикалық спектрлерін зерттеу салыстырмалық түрде алғанда қарапайым және дәл жұмыс. Көп жағдайларда молекулалардың электрондық құрылымын зерттеу үшін күшті заманауи компьютрлерді пайдаланумен байланысты болады. Заманауи есептегіш кванттық-химиялық бағдарламалардың мүмкіндіктері өте жоғары. Мысалы, Gaussian'98 анағұрлым күшті әрі мықты бағдарламасының 378 атомнан құралған ДНҚ-ның фрагментін (бөлігін) есептеуін жарнама проспектісі ретінде көрсеткен. Нәтижесінде оның кеңістіктегі құрылысы анықталған. Қазіргі уақытта дамыған бағдарламалық пакеттер білімі орта деңгейдегі пайдаланушының өзіне де заманауи өте жоғары әдістерді пайдаланып нәтижелерді алуға мүмкіндік береді. Кез-келген есептеулердің соңғы нәтижесінде химиялық зерттеулердің барысында туындаған сұрақтарға жауаптар табылумен аяқталауы керек. Компьютерлік химияның әдістері көп жағдайларда молекулалардың қасиеттерін есептеп шығаруға мүмкіндік береді. Әсіресе бұл көптеген есептеулермен және қиын (немесе тіпті мүмкін емес) эксперименттерді жүргізумен байланысты жұмыстарда қызықты болып табылады. Егер бұрынғы уақыттарда нәтижелерді алу өнер болып есептелсе, ал қазіргі кезде бұл үрдіс тек уақытқа байланысты болып отыр. Ал шығармашылық жағына тоқталар болсақ, онда ол модельдерді жасаумен байланысты болып отыр. Сондықтан каанттық-химилық есептеулермен қатар жүргізілетін зерттеулерді де «эксперимент» деп атауға болады. Тек қана бұл «экспериментті» ЭЕМ-де жүргізеді. Кванттық химияның әдістерімен орындалатын нақты химиялық есептердің шеңбер аясы өте кең. Алынған нәтижелерді барлық кезде классикалық химияның терминдерінде оп-оңай интерпретациялауға (талдауға) мүмкіндік бола бермейді. Эксперименттің барысында байқалатын құбылыстардың және канттық-химиялық есептеулердің мәліметтерінің арасындағы анықталған сәйкестігі химиялық байланыстарды, молекулалардың құрылымдарын және олардың өзара әрекеттесулерін суреттеу үшін жаңа модельдерді жасай отырып кванттық химиямен бірге химиялық ғылымның өзінде жаңа идеялармен байытып отыр. жүктеу/скачать 1,38 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|