Métodos Avançados em Química Computacional

Cód.: QUI13583D

6 ECTS

Duração: 15 semanas/156 horas

Área Científica: Química

Língua(s) de lecionação: Português

Língua(s) de apoio tutorial: Português

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

4. Educação de qualidade - Assegurar a educação inclusiva, e equitativa e de qualidade, e promover oportunidades de aprendizagem ao longo da vida para todos.

Objetivos de Aprendizagem

Pretende-se com esta disciplina dar uma panorâmica sobre as técnicas de simulação molecular, métodos de cálculo de estrutura eletrónica de moléculas e sistemas inteligentes aplicados à química. Pretende-se que os alunos adquiram conhecimentos sobre os conceitos e fundamentos teóricos subjacentes às técnicas de simulação, de cálculos quânticos e sistemas inteligentes, e se familiarizem com alguns dos métodos mais importantes.

Conteúdos Programáticos

Química Quântica: Métodos de Hückel, semi-empíricos e ab initio. Teoria do funcional de densidade.
Dinâmica Quântica: Evolução temporal de um sistema quântico. Teoria do funcional de densidade dependente do tempo. Transições eletrónicas.
Simulação molecular: Dinâmica molecular. Simulações nos ensembles micro-canónico, canónico (termóstatos de Nosé-Hoover e de Berendsen) e isobárico (baróstatos de Berendsen e de Parrinello-Rahman). Restrições de geometria. Monte Carlo de Metropolis. Ensemble canónico, isotérmico-isobárico, grande canónico e de Gibbs. Amostragens não-Boltzmanneanas. Teoria de perturbação termodinâmica. Método de integração termodinâmica. Determinação de energias livres.
Sistemas Inteligentes: Conhecimento e Representação do Conhecimento; Raciocínio; Grau de Confiança e Qualidade da Informação. Métodos e Técnicas. Aplicações à Área da Química. Experimentação in silico.

Métodos de Ensino

O ensino / aprendizagem baseia-se no trabalho individual dos alunos, apoiado em bibliografia recomendada pelos docentes e notas colhidas pelos alunos quer durante as aulas quer na pesquisa realizada individualmente. Nas aulas teóricas são expostos, comentados e discutidos os novos conhecimentos. Nas aulas práticas, são resolvidos exercícios de aplicação dos princípios que são lecionados recorrendo frequentemente à elaboração e execução de programas de computador ou utilização de software comum em Química Computacional para resolver os problemas propostos.
A avaliação é feita mediante a realização de 3 frequências ou exame final bem como a realização e apresentação/discussão de um trabalho de laboratório computacional. A nota final será calculada a partir da média das 3 frequências ou a nota do exame, com um peso de 70%, e a nota do trabalho computacional, com o peso de 30%.

Bibliografia

• Frenkel, D., & Smit, B. (2002). Understanding molecular simulation: from algorithms to applications (2nd Ed.). San Diego, CA: Academic Press.
• Allen, M. P., & Tildesley, D. J. (2017). Computer simulation of liquids (2nd Ed.). Oxford, UK: Oxford University Press.
• Jensen, F. (2017). Introduction to computational chemistry (3rd Ed.). Chichester, UK: John Wiley & Sons.
• Kohanoff, J. (2006). Electronic structure calculations for solids and molecules: theory and computational methods. Cambridge, UK: Cambridge University Press.
• Field, M. (2007). A practical introduction to the simulation of molecular systems (2nd Ed.). Cambridge, UK: Cambridge University Press.
• Raff, L., Komanduri, R., Hagan, M., & Bukkapatnam, S. (2012). Neural networks in chemical reaction dynamics. New York, NY: Oxford University Press.
• Hemmer, M. C. (2008). Expert systems in chemistry research. Boca Raton, FL: CRC Press.