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[转载]高斯软件的简单介绍及简单操作【转载】
(2011-12-13 16:08:36)
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分类： Gaussian |
原文地址：高斯软件的简单介绍及简单操作【转载】作者：渔夫
1. Gaussian 軟體到底是什麼？它可以幫我計算什麼？
Gaussian
是量子化學計算的專業軟體，它是利用量子力學的原理以數值方法來預測化學分子的性質。Gaussian 軟體的創始人是 John Pople
(1998 年諾貝爾化學獎得主)， 他從 1970 年代開始在 Carnegie-Mellon University 發展
Gaussian 程式供學術界使用，後來在 1980 年代成立 Gaussian 公司發售 Gaussian 軟體，目前最新的版本是
Gaussian 03。 Gaussian
是目前無論在學術界或工業界使用最廣泛的量子化學計算軟體，這是因為它包含了非常齊全的理論計算方法並有著很高的咚阈剩嚓P支援的軟體也很多，使用上
也非常方便。基本上，使用者提供想要計算的分子之三度空間結構，電荷等資料並選擇一種理論計算方法，Gaussian
程式則進行大量的數值咚闱蟪鲈诖死碚摲椒ㄏ轮娮硬ê瘮(或電子密度)及能量，並依此計算出分子的其他各種化學性質
(最低能量結構，光電性質，光譜特性，反應性等等)。其他常用到的量子化學計算軟體包括 Molpro, Gamess, AcesII,
Q-Chem, NWChem 等等。
2. 我想要在 PC 安裝
Gaussian，硬體與作業系統該如何選擇？
現在的 PC
速度非常快，成本低廉，是使用 Gaussian 的一個經濟實惠的平台。 對稍懂電腦的人我會建議組裝一台 Linux
工作站，基本的配備應包括 64 位元 Dual-Core CPU， 如 Intel P4 8xxD， 9xxD, Core Duo，
或 AMD Athlon 64X2 等，2 GB DDR2 667 以上記憶體， 2 台 200 GB 以上 SATA 硬碟以彈性使用
Raid 0/1。Linux 作業系統可選擇免費下載之 Fedora Core 4 或 5，Suse 10 等，記得要使用 64
位元的版本。 舊的 32 位元 PC 也可以用，只是效能上會差很多。接下來要依照你的系統種類選擇適當的 Gaussian 03
版本，請參閱本站首頁。目前 Window XP 的版本 (G03W) 還不能發揮 64 位元的咚阈埽
使用上的便利性及功能性也都不如 Linux 的版本
3. Default.Route 檔有什麼用？
我需要設定它嗎？
Default.Route 檔(位於 $g03root/g03/ 目錄中) 是用來設定 Gaussian 程式的一些預設值如 cpu
數目，使用記憶體的量等， 例如
-M-
64MW
-P-
2
-S-
NCCU-CHEM-WPH
是將預設使用的記憶體定為 64 MW (1 MW = 8 Megabytes) ，使用 2 個
cpu (shared memory)，並將 Site Name 訂為 NCCU-CHEM-WPH。 Site Name 會出現在
output file 最後的總整理 (Archive section) 中， 可以用來標示計算是由那個單位做的。
我們也可以指定本來要出現在 Route section 中的 keywords，例如
-#-
MaxDisk=16GB
-#-
SCF=(XQC,Tight)
這些設定都只是預設值，若 input file 中指定了別的值，程式會使用 input file
中的設定。因此，Default.Route 檔非絕對必要，但若設定得宜，常會讓 Gaussian 使用者方便很多。
4. Gaussian
所算出的能量到底是什麼能量？
這是最常造成學生困擾的一個問題，因為 Gaussian 內所印出的能量有很多種。 首先，Gaussain 直接計算出的是所謂的
Born-Oppenheimer energy (或稱為 classical energy，electronic
energy)，也就是解電子的薛丁格方程式後所得的電子能量加上原子核間的排斥能量。這個能量在 output file中會以
SCF Done:
E(RHF) = -380.150439861
(Hartree Fock 能量)
EUMP2 =
-0.38124686136939D+03
(MP2 能量)
等型態印出，單位是
Hartree (626.5095 kcal/mol)，或在 output file 最後面的 Archive section 以
HF=-380.1504399MP2=-381.2468614....的方式印出。這個能量包括了分子內電子的動能與位能以及原子核間的排斥能
量，由於計算中的薛丁格方程式是在 Born-Oppenheimer 的假設下求解的 (原子核靜止)，因此並不包括任何原子核邉拥哪芰俊
這個能量在許多情況下已經足夠來大致判斷分子的許多相對能量 (bond energies, conformational
energies, energies of reactions,
etc.)，若要更實際的模擬實驗條件下的相對能量，我們必須計算出原子核邉拥哪芰浚@些能量包括分子的 translational,
rotational, vibrational energies。 在絕大多數條件下， 平均的 translational,
rotational energies 可以用古典力學的方式求出：
E(trans) =
3/2 kT
E(rot) =
3/2 kT (nonlinear molecules) or kT (linear
molecules)
vibrational energies 又分為二種，一種是永遠存在的 zero-point energy (每一個
vibrational mode 貢獻1/2 hv) ，一種是在 0 K 以上會有的 vibrational
excitation energy。Vibrational energies 必須藉著
frequency 的計算求得 (FREQ keyword)。 所謂的 thermal energy 就是
translational, rotational, vibrational energies 之和。 至於其他的能量如
enthalpy, Gibbs free energy 以及定容比熱(CV)，亂度
(S)等也可以利用熱力學及統計力學的公式求得。要注意的是這些能量除了 electronic energy, zero-point
energy 外，它們的值與溫度甚至壓力有關。 Gaussian 內定的溫度是 298.15 K，壓力是 1
atm，若你需要別種狀態也可以由 FREQ keyword 來指定 (FREQ=ReadIsotopes)。 通常經過 FREQ
計算後會印出如下的表格，您可以與上述內容相對照應該不難了解 Gaussian output file
中印出的最主要的幾種能量的涵義。
Zero-point
vibrational energy 158175.4
(Joules/Mol)
37.80483 (Kcal/Mol)
Zero-point
correction=
0.060246 (Hartree/Particle)
Thermal
correction to Energy=
0.066535
Thermal
correction to Enthalpy=
0.067479
Thermal
correction to Gibbs Free Energy= 0.029709
Sum of
electronic and zero-point Energies=
-381.186616
Sum of
electronic and thermal Energies=
-381.180326
Sum of
electronic and thermal Enthalpies=
-381.179382
Sum of
electronic and thermal Free Energies=
-381.217153
E (Thermal)
CV
S
KCal/Mol
Cal/Mol-Kelvin
Cal/Mol-Kelvin
Total