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Molecular Modeling

Diese Seite zeigt eine Übersicht von Lerneinheiten zur Einführung in das Molecular Modeling, zur Molekülmechanik und -dynamik, Quantenchemie, Hückel-Theorie und qualitativen MO-Theorie, zu Ab-initio- und Post-SFC-Methoden und zur Anwendung des Molecular Modelings. Am Ende der Seite ist ein Tutorial aufgeführt, in dem die Lerneinheiten zusammengefasst sind.

Einführung und Kompaktkurs

Einführung Level 420 min.

Diese Lerneinheit führt allgemein in die Computerchemie ein. Es werden Problemlösungsstrategien vorgestellt und die Methoden der Computerchemie erläutert. Weiterhin wird auf die Entwicklung der quantenchemischen Verfahren eingegangen.

Molecular Modeling: Kraftfelder und Molekülmechanik Level 240 min.

Eine alternative, kurze Lerneinheit zu Kraftfeldern und Molekülmechanik:Bei einer Beschreibung mittels der Molekülmechanik betrachtet man das Molekül aus den Atomen, als Punktmassen, aufgebaut. Diese Punktmassen werden mit der klassischen Mechanik (Newton) beschrieben. Die Güte der Ergebnisse wird durch die verwendeten Parameter und Potenzialfunktionen (Kraftfeld) limitiert. 

Molekülmechanik

Einführung Level 435 min.

Diese Lerneinheit gibt eine Einführung in die Molekülmechanik und beschreibt die Berechnung von Energien. Dabei wird auf die Bedeutung der Potenzialkurven für die Berechnung der potenziellen Energie eingegangen.

Nichtbindende Wechselwirkungen Level 435 min.

Diese Lerneinheit gibt eine Übersicht über die nichtbindenden Wechselwirkungen (Van-der-Waals-Wechselwirkungen, Wasserstoff-Brücken und Dipol-Wechselwirkungen). Außerdem wird auf die United-atom-Näherung, auf Kraftkonstanten und Crossterme eingegangen. Auch die Fourier-Reihen-Entwicklung wird erklärt.

Berechnung von Minima Level 430 min.

Diese Lerneinheit erklärt verschiedene Möglichkeiten der Minimaberechnung. Dabei wird unter anderem auf die numerische Methode und die Conjugate-gradient-Methode eingegangen.

Beispiele zur Energieberechnung Level 435 min.

Diese Lerneinheit gibt Beispiele für die Berechnung der Energie. Dabei wird auf die Rotationsbarrieren im Ethan und Butan eingegangen sowie die Grid-Rechnung am Beispiel von Pentan.

Moleküldynamik

- Einführung Level 440 min.

Diese Lerneinheit gibt eine Einführung in die Moleküldynamik im Bereich des Molecular Modeling. Es wird erläutert, wie die Newton'schen Bewegungsgleichungen gelöst werden.

Strategien und Beispiele Level 430 min.

Diese Lerneinheit beschreibt verschiedene Strategien der Moleküldynamik um verschiedene Eigenschaften des Systems berechnen zu können. Am Beispiel der Konformationsanalyse von Cyclohexan werden verschiedene Einflüsse auf die Rechenzeit diskutiert.

Quantenchemie

Einführung und Methoden Level 430 min.

Diese Lerneinheit gibt eine Einführung in die Quantenchemie im Molecular Modeling.

Das Wasserstoffmolekül Level 430 min.

Diese Lerneinheit beschreibt den "circulus vitiosus" bei der Berechnung der Wellenfunktion für das Wasserstoff-Molekül. Es wird das Aufstellen der Energiefunktion erläutert.

Hückel-Theorie

Einführung und Energieberechnung Level 445 min.

Diese Lerneinheit geht auf die Hückel-Theorie ein, insbesondere auf die Berechnung von Energien und Säkulardeterminanten am Beispiel von Butadien.

Moleküleigenschaften Level 430 min.

In dieser Lerneinheit wird die Normierung der Wellenfunktion und die damit einhergehende Vereinfachung des Integrals beschrieben. Die Bedingung für orthogonale Wellenfunktionen wird erklärt. Daraufhin wird am Beispiel von Butadien die Berechnung von Moleküleigenschaften vorgestellt.

Qualitative MO-Theorie

π-Systeme Level 430 min.

Diese Lerneinheit beschreibt, wie sich auf qualitativem Weg Molekülorbitale aufstellen lassen. Dabei wird auf lineare und cyclische π-Systeme eingegangen.

beliebige Systeme Level 430 min.

Diese Lerneinheit beschreibt Molekülorbitale für beliebige Systeme. Dabei wird zwischen homonuklearen (z.B. Sauerstoff) und heteronuklearen (Stickstoff) Molekülen unterschieden. Außerdem wird am Beispiel der Methyl-Gruppe die Aufstellung von Gruppenorbitalen vorgestellt.

Ab-initio-Methoden

Einführung und Näherungen Level 445 min.

In dieser Lerneinheit soll eine Einleitung in die Thematik Ab-initio-Methoden gegeben werden. Es werden Vereinfachungen erläutert, die die Anwendung der Gesetze der Quantenmechanik auf chemische Fragestellungen ermöglichen. Es wird dabei auf die Born-Oppenheimer- und die Hartree-Fock-Näherung eingegangen. Ebenso wird noch einmal der LCAO-Ansatz erläutert.

Basissätze und Koeffizienten Level 445 min.

In dieser Lerneinheit wird das Grundprinzip der Basissätze erläutert. Es gibt viele Basissätze, daher ist die Wahl eines geeigneten Basissatzes eine wichtige, aber auch schwierige Aufgabe. Basisfunktionen vom Gauss- oder Slater-Typ werden in dieser Lerneinheit vorgestellt.

Post-SCF-Methoden

Einführung und Methoden Level 430 min.

Diese Lerneinheit gibt eine Einleitung in die Post-SCF-Methoden und eräutert zudem noch die verschiedenen Methoden wie Configutarion Interaction und die Störungstheorie. 

Dichtefunktionaltheorie Level 445 min.

Am Beispiel von Propargylen wird die geeignete Auswahl eines Basissatzes erläutert. Dabei wird auf den Rechenaufwand und auf die Struktur und Energiehyperfläche von Propargylen eingegangen. Außerdem werden die Grundzüge der Dichtefunktionaltheorie vorgestellt.

Molecular Modeling - Weitere Lerneinheiten

PraxisLevel 445 min.

Die Herleitungen in den anderen Lerneinheiten ergeben meist die Energie des Systems. Ableitungen der Energie nach anderen Parametern (Kernkoordinaten, magnetisches Feld...) ergeben andere Moleküleigenschaften. Darauf geht diese Lerneinheit ein. Azulen und Aceton werden als Beispiele behandelt. 

CAVOC - Tool zur 3D-Visualisierung organischer Reaktionen Level 345 min.

Diese Lerneinheit stellt das Simulationsprogramm CAVOC vor, welches zur 3D-Visualisierung organischer Reaktionen dient. Der Anwender erhält Benutzer-Hinweise für die Verwendung des CAVOC-Tools. 

Tutorial

Molecular Modeling

In dieser Trajektorie wird das umfangreiche Lernmaterial zum Thema Molecular Modeling zusammengestellt.