2023
Modelação e Simulação em Química
Nome: Modelação e Simulação em Química
Cód.: QUI13521M
6 ECTS
Duração: 15 semanas/156 horas
Área Científica:
Química
Língua(s) de lecionação: Português
Língua(s) de apoio tutorial: Português, Inglês
Regime de Frequência: Presencial
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Objetivos de Aprendizagem
Pretende-se com esta disciplina dar uma panorâmica sobre as técnicas de simulação molecular e da previsão de propriedades. Pretende-se 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.
Após a conclusão desta disciplina, os alunos devem ser capazes de planear uma simulação molecular, fazendo a seleção criteriosa dos parâmetros necessários à sua execução. Devem ainda ser capazes de efetuar a validação dos modelos utilizados nas simulações. Dos seus resultados devem ser capazes de extrair/calcular as propriedades pretendidas bem como estimar os erros que afetam os resultados.
Após a conclusão desta disciplina, os alunos devem ser capazes de planear uma simulação molecular, fazendo a seleção criteriosa dos parâmetros necessários à sua execução. Devem ainda ser capazes de efetuar a validação dos modelos utilizados nas simulações. Dos seus resultados devem ser capazes de extrair/calcular as propriedades pretendidas bem como estimar os erros que afetam os resultados.
Conteúdos Programáticos
Interações moleculares. Modelos de interação intra-molecular e modelos de interação
inter-molecular. Mecânica molecular e campos de forças. Revisões de Mecânica Estatística.
Introdução às simulações. Condições de fronteira periódicas. Trajetórias e propriedades.
Dinâmica molecular. Simulações no ensemble microcanónico, canónico e isobárico.
Monte Carlo de Metropolis. Ensemble canónico, isotérmico-isobárico, grande canónico e de Gibbs. Amostragens não-Boltzmannianas. Análise de resultados de simulação. Análise da equilibração das simulações. Funções de distribuição radial. Propriedades mecânicas. Funções de correlação. Propriedades dinâmicas. Exemplos de aplicação de simulação de Monte Carlo e Dinâmica Molecular para o cálculo de propriedades (densidade, pressão de vapor, coeficiente de difusão, viscosidade, solubilidade) e análise de estrutura em sistemas modelo envolvendo soluções aquosas de poluentes, solventes alternativos, gases dissolvidos em líquidos, combustíveis e lubrificantes
inter-molecular. Mecânica molecular e campos de forças. Revisões de Mecânica Estatística.
Introdução às simulações. Condições de fronteira periódicas. Trajetórias e propriedades.
Dinâmica molecular. Simulações no ensemble microcanónico, canónico e isobárico.
Monte Carlo de Metropolis. Ensemble canónico, isotérmico-isobárico, grande canónico e de Gibbs. Amostragens não-Boltzmannianas. Análise de resultados de simulação. Análise da equilibração das simulações. Funções de distribuição radial. Propriedades mecânicas. Funções de correlação. Propriedades dinâmicas. Exemplos de aplicação de simulação de Monte Carlo e Dinâmica Molecular para o cálculo de propriedades (densidade, pressão de vapor, coeficiente de difusão, viscosidade, solubilidade) e análise de estrutura em sistemas modelo envolvendo soluções aquosas de poluentes, solventes alternativos, gases dissolvidos em líquidos, combustíveis e lubrificantes
Métodos de Ensino
O ensino consiste de aulas teóricas expositivas e aulas práticas onde são resolvidos exercícios de aplicação dos temas lecionados nas aulas teóricas.
A avaliação contínua é feita mediante a realização de um trabalho e elaboração de um relatório (peso de 50% na avaliação) com apresentação e discussão dos resultados (peso de 50% na avaliação). No regime de exame, o aluno realiza uma única prova de avaliação (100%) que incide sobre toda a matéria lecionada.
A avaliação contínua é feita mediante a realização de um trabalho e elaboração de um relatório (peso de 50% na avaliação) com apresentação e discussão dos resultados (peso de 50% na avaliação). No regime de exame, o aluno realiza uma única prova de avaliação (100%) que incide sobre toda a matéria lecionada.
Bibliografia
Allen, M.P., & Tildesley, D.J. (2017) Computer Simulation of Liquids (2nd ed.). Oxford University Press.
Frenkel, D. & Smit, B. (2002) Understanding Molecular Simulation (2nd ed.) Orlando, FL: Academic Press .
Leach, A.R. (2001) Molecular Modelling: Principles and Applications (2nd ed.) Prentice Hall.
Frenkel, D. & Smit, B. (2002) Understanding Molecular Simulation (2nd ed.) Orlando, FL: Academic Press .
Leach, A.R. (2001) Molecular Modelling: Principles and Applications (2nd ed.) Prentice Hall.
Equipa Docente
