Simulação Molecular

Cód.: QUI01109L

6 ECTS

Duração: 15 semanas/156 horas

Área Científica: Química

Língua(s) de lecionação: Português

Língua(s) de apoio tutorial: Português

Regime de Frequência: Presencial

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

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 e as possibilidades que estas apresentam na elucidação da estrutura de moléculas, bem como a previsão de algumas das suas propriedades. Neste sentido, pretende-se dotar o aluno de bases de termodinâmica estatística, assim como de ferramentas para calcular propriedades termodinâmicas macroscópicas a partir de informação espectroscópica. Pretende-se também que os alunos adquiram conhecimentos sobre os conceitos e fundamentos teóricos subjacentes às técnicas de simulação, familiarização com alguns dos algoritmos mais importantes, bem como com as técnicas usadas na análise dos resultados das simulações. Pretende-se ainda que os alunos adquiram alguma experiência com os parâmetros que influenciam a qualidade das amostragens e da convergência dos métodos de simulação.

Conteúdos Programáticos

Termodinâmica estatística: distribuição de estados moleculares, funções de partição, relações fundamentais, aplicações ao cálculo de propriedades termodinâmicas e ao equilíbrio químico.
Introdução às simulações. Condições de fronteira periódicas. Trajectórias e propriedades. Ergodicidade.
Dinâmica molecular. Simulações no ensemble microcanónico. Simulações no ensemble canónico: termóstatos de Nosé-Hoover e de Berendsen. Simulações no ensemble isobárico: baróstatos de Berendsen e de Parrinello-Rahman.
Monte Carlo de Metropolis. Ensemble canónico. Ensemble isotérmico-isobárico. Ensemble grande canónico. Ensemble de Gibbs.
Análise de resultados de simulação. Analíse da equilibração das simulações. Funções de distribuição radial. Propriedades mecânicas. Flutuações. Funções de correlação. Propriedades dinâmicas.

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 leccionados.
A avaliação, no regime contínuo, é feita mediante a realização de 2 frequências (1ª frequência a meio do semestre e 2ª frequência no final, com pesos iguais, de 50%). No regime de exame, o aluno realiza uma única prova de avaliação (com peso de 100%) que incide sobre toda a matéria lecionada.

Bibliografia

M.P. Allen, D.J. Tildesley, " Computer Simulation of Liquids: Second Edition ", Oxford University Press (2017).
P. Atkins, J. de Paula e J. Keeler, Atkins' Physical Chemistry, Eleventh Edition, Oxford University Press (2017).
D. Frenkel e B. Smit, "Understanding Molecular Simulation", Academic Press (2002).
A.R. Leach, "Molecular Modelling: Principles and Applications", Prentice Hall (2001