Detail předmětu
Modelování molekulárních struktur
FSI-TSM Ak. rok: 2021/2022 Letní semestr
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
3
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
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
Znalosti na úrovni absolvovaného předmětu Chemie (FSI-1CH) a absolvování předmětu Organická a makromolekulární chemie (FSI-TOM).
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení
Hodnocení studenta bude zohledňovat jednak jeho práci ve cvičení, jednak výsledky písemného testu a diskuze nad zadanými tématy při zkoušce.
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..
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
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.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, bakalářský, povinně volitelný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
13 hod., nepovinná
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
Osnova
Výpočty podpůrných teoretických příkladů a praktické demonstrace probíhají po celý semestr (např. výpočet interakční energie, studium mechanismu reakce, molekulárně dynamická simulace).