C8863 Výpočty volných energií

Přírodovědecká fakulta
jaro 2020
Rozsah
2/0. 2 kr. (plus 1 za zk). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D. (přednášející)
Garance
RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.
Národní centrum pro výzkum biomolekul - Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Národní centrum pro výzkum biomolekul - Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Předpokládají se základní znalosti obecné, fyzikální chemie a výpočetní chemie.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory
předmět má 20 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Kurz je zaměřen na získání základních znalostí v oblasti výpočtů volných energií pomocí metod výpočetní chemie. Student získá přehled o dostupných metodách, jejich přednostech a nevýhodách. Nabyté znalosti by měly být dostačující k samostatné aplikaci nabytých znalostí k řešení reálných problémů z oblasti chemie, supermolekulární chemie či biochemie.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování předmětu schopen:
- zvolit vhodnou metodu výpočtu volné energie;
- určit složení reakční směsi v rovnováze;
- navrhnout vhodné termodynamické cykly;
- popsat chemické přeměny pomocí potenciálu střední síly;
Osnova
  • 1. Co je to volná energie a její postavení v termochemii a kinetice. Experimentální metody měření. Statistická fyzika a volná energie.
  • 2. Stručný přehled vybraných metod výpočetní chemie. Monte-Carlo simulace versus molekulová dynamika. Metody výpočtu potenciální energie (ab initio metody, molekulová mechanika). Rozdíl mezi plochami potenciální (PES) a volné energie (FES).
  • 3. Přehled metod výpočtů volné energie. Metody koncových stavů, alchemické přeměny, metody potenciálu střední sily. Speciální metody.
  • 4. Metody koncových stavů. Použití statistických metod pro lokální extrémy na PES. MM/PB(GB)SA. Výpočet solvatačních volných energií. Výpočet entropických příspěvků.
  • 5. Alchemické přeměny. Free energy perturbation. Termodynamická integrace. Problémy se zánikem a vytvářením atomů. Soft-core potenciál. Staging versus sampling.
  • 6. Metody potenciálu střední síly (PMF). Vzorkovací problém. Přehled metod. Metoda Adaptive Biasing Force. Metoda Blue Moon. Umbrella Sampling. Metadynamika. Metoda více chodců.
  • 7. Speciální metody. Metody zlepšující vzorkování. Replika-exchange molekulová dynamika, atd.
Literatura
  • Free energy calculations : theory and applications in chemistry a biology. Edited by Christophe Chipot - Andrew Pohorille. Berlin: Springer, 2007. xviii, 517. ISBN 9783540384472. info
  • CRAMER, Christopher J. Essentials of computational chemistry : theories and models. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2004. xx, 596. ISBN 0470091819. info
  • LEACH, Andrew R. Molecular modelling : principles and applications. 2nd ed. Harlow: Prentice Hall, 2001. xxiii, 744. ISBN 0582382106. info
Výukové metody
prednáška, diskuze
Metody hodnocení
Kurz je zakončen písemným testem, který je případně následován ústní zkouškou. Test bude mít 50 otázek, více možností, správná odpověď plus jeden bod, nesprávná odpověd minus čtvrtina bodu. Délka 1 hodina. Klasifikace: F < 30 bodů; 30 <= E < 35 bodů; 35 <= D < 40 bodů; 40 <= C < 45; 45 <= A a B. Hodnocení lze zlepšit o jeden stupeň (a neomezeně zhoršit) ústní zkouškou.
Navazující předměty
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2020/C8863