热力学性质计算-Gaussian
GAUSSION计算常见错误及解决方案
【原创】GAUSSION计算常见错误及解决方案★★★★★★★★★★fegg7502(金币+3,VIP+0):thank you very much! 9-22 23:49zeoliters(金币+2,VIP+0):谢谢分享！9-22 21:56dongdong3881(金币+3,VIP+0):感谢10-28 14:04luoqiquan(金币+2,VIP+0):很好很强大12-23 22:35初学Gaussian03常见出错分析最初级错误1. 自旋多重度错误2. 变量赋值为整数3. 变量没有赋值4. 键角小于等于0度，大于等于180度5. 分子描述后面没有空行6. 二面角判断错误，造成两个原子距离过近7. 分子描述一行内两次参考同一原子,或参考原子共线运行出错1. 自洽场不收敛 SCFa. 修改坐标，使之合理b. 改变初始猜 Guessc. 增加叠代次数SCFCYC=Nd. iop（5/13=1）2. 分子对称性改变a. 修改坐标，强制高对称性或放松对称性b. 给出精确的、对称性确定的角度和二面角c. 放松对称性判据 Symm=loosed. 不做对称性检查iop(2/16=1)3. 无法写大的Scratch文件RWFa. 劈裂RWF文件%rwf=loc1,size1,loc2,size2,……..,locN,-1b. 改变计算方法MP2=Direct可以少占硬盘空间c. 限制最大硬盘maxdisk=N GB4. FOPT出错原因是变量数与分子自由度数不相等。
可用POPT 或直接用OPT5. 优化过渡态只能做一个STEP 原因是负本征数目不对添加iop（1/11）=16. 组态相互作用计算中相关能叠代次数不够，增加叠代次数QCISD（Maxcyc=N）Default.Rou设置•在Scratch文件夹中的Default.Rou文件中设置G03程序运行的省缺参数：• -M- 200MW•-P- 4•-#- MaxDisk=10GB•-#- SCF=Conventional or Direct•-#- MP2=NoDirect or Direct•-#- OPTCYC=200•-#- SCFCYC=200•-#- IOPs 设置如iop（2/16=1）Default.Rou设置中的冲突•Default route: MaxDisk=2GB SCF=Direct MP2=Direct OPTCYC=200 SCFcyc=100 iop(2/16=1) iop(5/13=1)• ------------------• # ccsd/6-31G** opt• ------------------• L903/L905 and L906 can only do MP2.问题在于，ＭP2=Direct！去掉这个设置，CCSD的作业就能进行了。
gaussian相关基础知识
1“零点能”是指：量子在绝对温度的零点下仍会保持震动的能量，这个振动幅度会随着温度增加而加大。
“零点能”就是原子核旋转惯性能。
我们生活生产除核中子间斥力能外都是利用的核旋能，包括身体发热所需能量等，当然也包括燃烧、发光、发热和“磁”线圈产生的“磁力”。
零点能是对分子的电子能量的矫正，表明了在0K 温度下的分子的振动能量对电子能量的影响。
当比较OK 时的热动力学性质时，零点能需要被加到总能量中。
2密度泛函理论的基本原理是: 体系的基态能量是由电子的密度唯一确定的,其基本方程为Kohn-Sham方程, 它与HF方程在形式上完全一样, 只不过是用交换相关泛函代替HF的交换部分而已.在原理上是可以精确计算的,如果可以确定它的精确泛函的话。
但是, 由于其泛函没有一套系统的方法来逼近精确泛函，因此其必须从经验来确定泛函.这就是DFT近似的根源。
3 当体系变的松散时，ab initio 和DFT 基本上得不到最稳定的结构，你可以先用分子力学去优化一下。
或者你需要固定的原子是不是太大，如果可以作为环境处理的话，可以考虑QM/MM。
另外，初次优化基组不要用太大，逐步提高。
4如果你计算freq有个很小的虚频，可以用改变网格来消虚频。
默认的网格是75302，加入这个命令是指定99590网格。
5 L9999 出错就是说在默认的循环次数里未完成所要求的工作,无法写输出文件。
6一般地，优化所得驻点的性质（极小点还是过渡态）要靠频率来确定；而对过渡态，要确定反应路径（即到底是哪个反应的过渡态）必需要做IRC 了，不然靠不住的（往往用QST 找到的过渡态并不一定就是连接输入反应物和产物的过渡态）。
7在我们用QST2 或QST3 来优化过渡态时，需输入反应物和产物，实际上反应物和产物的输入顺序是没有关系的。
就是说，先输反应物后输产物和先输产物后输反应物得到的是同样的过渡态。
这也好理解，QST2 里对过渡态的初始猜测实际上是程序自动将输入的反应物和产物的各变量取个平均，所以输入顺序是没有关系的。
开展Gaussian程序应用教学的尝试
开展Gaussian程序应用教学的尝试作者：魏东辉，宋传君来源：《教育教学论坛》 2016年第27期魏东辉，宋传君（郑州大学化学与分子工程学院，河南郑州450001）摘要：Gaussian作为化学理论计算中应用最广的程序，在诸多化学问题的研究和解决中得以大量应用，成功地解释和预测了一些化学反应，已成为化学学科的科研教学人员必须掌握的量子化学计算程序之一。
开展Gaussian程序应用教学，对于提升学生专业素养、科研水平具有重要的意义。
关键词：Gaussian程序；教学实践；应用教学中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）27-0162-02作者简介：魏东辉（1983-），男（汉族），河南许昌人，讲师，博士，研究方向：理论与计算化学。
Gaussian程序起源于上世纪七八十年代，当时计算机硬件条件很差，只能计算比较简单的分子，且计算级别较低，所以几乎不能应用于解决化学问题。
随着计算机硬件技术的发展和计算方法的不断优化改良，到上世纪八九十年代，人们已经逐渐可以借助量子化学计算程序去对实验中的化学体系进行模拟和研究。
值得一提的是，1998年诺贝尔化学奖授予科恩和波普尔，以表彰他们在理论化学领域做出的重大贡献。
他们的工作使实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质，引起整个化学领域经历一场革命的变化，使化学不再是一门纯粹的实验科学。
其中，波普尔正是Gaussian程序的原创者之一，此次得奖也是为Gaussian程序在世界范围内被接受和认可奠定了基础。
Gaussian的版本从上世纪开始有Gaussian 70、Gaussian 80、Gaussian 90、Gaussian 98等一系列程序。
进入21世纪，随着Gaussian 98、Gaussian 03、Gaussian09[1]等版本的持续更新和改进，Gaussian程序的功能也越来越强大，应用范围也越来越广。
目前，Gaussian的主要功能包括：过渡态能量和结构、反应路径、热力学性质、分子轨道、键和反应能量、原子电荷和电势、核磁性质、红外和拉曼光谱、振动频率、极化率和超极化率等，计算不仅可以对具体体系的基态进行计算，还可以对其激发态的结构和性质进行研究。
氢气和氧气生成气态水反应热力学函数的高水平量化计算研究——介绍一个计算化学实验
氢气和氧气生成气态水反应热力学函数的高水平量化计算研究——介绍一个计算化学实验许秀芳【摘要】结合教学实践,介绍一个面向高年级本科生的计算化学实验.运用量子化学软件Gaussian 09及其配套软件GaussView和UltraEdit,计算H2(g)+ 1O2(g)→ H2O(g)反应的内能、焓、熵、吉布斯自由能等热力学函数的变化值.旨在通过本实验,使学生初步掌握运用高水平量子化学计算方法进行构型优化、频率计算和能量计算的方法.【期刊名称】《大学化学》【年(卷),期】2016(031)012【总页数】6页(P53-58)【关键词】计算化学实验;量化计算;Gaussian 09软件;热力学函数【作者】许秀芳【作者单位】南开大学化学学院,天津300071【正文语种】中文【中图分类】G64;O64计算化学是当代化学领域的一门重要学科。
1998年，诺贝尔化学奖授予沃尔特·库恩和约翰·波普尔，以表彰他们在计算化学领域做出的重大贡献。
2013年马丁·卡普拉斯、迈克尔·莱维特及亚利耶·瓦谢尔因他们在开发多尺度复杂化学系统模型方面所做的贡献而获得诺贝尔化学奖，标志着计算化学的重要作用愈加为人们所重视。
计算化学主要基于量子化学和统计力学等理论来研究化学问题，这两部分内容同时也是物理化学基础课教学中的重点和难点之一。
计算化学的研究结果不仅能在分子水平上对实验化学的结果作出合理的解释，还能对分子的化学性质和化学反应的活性、选择性以及产物分布进行预测。
随着计算化学的发展、计算软件的普及和计算机硬件水平的提高，许多学生对计算化学产生了浓厚的兴趣。
针对这一现象，国内化学教育工作者进行了积极的应对。
很多高等院校纷纷开设了计算化学课程[1—3]，一些从事物理化学教学的教师也有意识地在物理化学基础课中引入计算化学内容，并设计了“甲醛分子的结构和性质的计算化学研究”、“H3反应势能面的构建”等计算化学实验[4,5]。
gaussian计算反应机理的具体步骤
1. 介绍在化学领域，研究反应机理是非常重要的。
而计算机在帮助我们理解反应机理方面发挥了越来越重要的作用。
高斯计算是一种常用的计算方法，广泛应用于化学反应机理的研究中。
在本文中，我们将探讨高斯计算在反应机理研究中的具体步骤，并共享个人观点和理解。
2. 确定反应物和产物的结构在进行高斯计算之前，首先需要确定反应物和产物的分子结构。
这包括确定原子的类型、位置和化学键的情况。
只有准确确定了这些结构，才能进行后续的计算工作。
3. 优化分子构型接下来，需要对反应物和产物的分子构型进行优化。
这一步是为了找到分子的最稳定构型，以便进行后续的能量和动力学计算。
高斯计算能够帮助我们精确地确定分子的几何构型，从而更好地理解反应机制。
4. 计算反应路径一旦确定了反应物和产物的结构，并且优化了分子构型，接下来就是计算反应路径。
通过高斯计算，可以得到反应物转变为产物的过渡态结构，并计算其能量。
这有助于我们理解反应的物理和化学过程，找到反应的关键步骤和速率限制步骤。
5. 能量计算高斯计算可以帮助我们计算反应物、过渡态和产物的能量，从而确定反应的热力学和动力学性质。
这对于预测反应速率、研究反应路径和优化反应条件非常重要。
6. 分析结果并得出结论我们需要对高斯计算得到的数据进行分析，并得出关于反应机理的结论。
这包括分子轨道分析、反键轨道分析、自然键轨道分析等，以便更深入地理解反应的本质。
7. 个人观点和理解通过高斯计算，我们能够深入地理解反应机理，揭示化学反应背后的原子和分子层面的奥秘。
这有助于我们设计更高效的催化剂、优化反应条件，并推动化学反应机理的理论研究和应用实践。
8. 总结通过以上步骤的高斯计算，我们可以深入地理解化学反应的机理。
这种计算方法结合了理论模拟和实验验证，为我们揭示了化学反应的微观本质，为催化剂设计、反应优化等领域提供了重要的理论指导。
高斯计算在化学反应机理研究中发挥着不可或缺的作用，将在未来的研究中继续发挥重要作用。
热力学性质计算-Gaussian
！ 需要空行
OPT And FREQ on CH4
！ 标题行
！需要空行
01
！电荷和多重度
C
！用内坐标的分子描述
H1r
H1r2a
H 1 r 2 a 3 120.
H 1 r 2 a 3 -120.
Variables
！ 变量，表示以下给变量赋值；也可以只空一行
r 1.09
Constants
！常数，表示以下量的值计算中不变；也可以只空一行
----------------------
! Name Value Derivative information (Atomic Units) !
------------------------------------------------------------------------
!r
1.0902 -DE/DX = 0.0
Alpha virt. eigenvalues -- 2.90063 2.90063 3.18837 4.19106 4.19106
Alpha virt. eigenvalues -- 4.19106 25.15683
布居数分析缺省是用SCF密度，如果想用当前方法（此例为MP2方法），Pop （density=Current）
• 自洽场：
SCF Done: E(RHF) = -40.2089173552 A.U. after 1 cycles 自洽场收敛
Convg = 0.3754D-11 -V/T = 2.0014 自洽场收敛判据值和维里系数
S**2 = 0.0000
自旋平方
维里系数应该为2（一般计算的值都会接近这个数）
Alpha virt. eigenvalues -- 0.16167 0.23702 0.23702 0.23702 0.42707 的本征值 Alpha virt. eigenvalues -- 0.42707 0.42707 0.75271 0.81186 0.81186 （能量）
高斯计算
第一步，写好高斯输入文件
输入
输出
下面进行能量的计算：
轨道1
轨道2
3
进行NMR计算：
下面进行键长的计算：
键长
其红外光谱图为：
至此计算完毕。
.
Central South University
结构化学之高斯计算
学院: 化学化工学院
班级:
姓名:
学号:
导师:
2014年 1 月
Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包。计算可以对体系的基态或激发态执行。可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。下面我们通过举个例子进行计算验证：
现在Gaussian软件已经成为分子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，可以应用从头计算方法、半经验计算方法等进行分子能和结构;过渡态能和结构，化学键及反应能。分子轨，偶极矩，多极矩。红外光谱和拉曼光谱，核磁共振，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等分子相关计算.使用和研究Gaussian软件的人越来越多，因此对于我们化工专业来说是非常必要的。通过这次计算模拟，对它很有了进一步了解。
Warning -- explicit consideration of 3 degrees of freedom as vibrations may causesignificant error
这时一般有两种可能：一种可能是，优化的几何结构不够精确，还没有达到稳定点。对于这种情况，需要考虑用OPT=tight或OPT=VeryTight，结合Int=fine或者Int=VeryFine进行更加精确的优化。第二种可能是，在计算的振动模式中，有部分的低频模式对应于内转动模式，在热力学分析中应该按自由转子或受阻转子模型处理，如果按谐振子模型处理会造成较大的误差。采用受阻内转子模型，可以用Freq=Hindered-Rotor计算或者自己手动计算这些振动模式对热力学性质的贡献。第六，对于计算出的力常数较小的振动模式，其势能面形状可能不满足谐振子模型的要求，力常数函数需要考虑非谐性的成分，这时可以用Freq=Anharmonic来进行非谐性处理。第七，频率计算后程序会进行一步优化计算，正常会得到四个判据都是YES的结果，这说明优化的结构很好。第八，优化一个局域极小点，收敛后从力常数本征值看应该是局域极小点（没有负的本征值），但是频率计算中会出现虚频和负的本征值。第九，Gaussian程序中，频率计算是和温度、压力无关的。
Gaussian计算软件的使用综述(完整版)
TD相关关键词
• Singlets 只算单重态 • Triplets 只算三重态 • 50-50 单重和三重态各占一半 • Root=N 研究TD计算的第几个激发态Direct
加快计算速度，减小硬盘使用空间 • Read 从Chk文件中读 TD （G03有，好
像G98 A11.2也有） • SOS Do sum-over states polarizabilities,
maxcycle=200,restart) SCF(direct,maxcycle=200) GFINPUT IOP(6/7=3) TEST • • td at 12.26
• 01 • …..
频率或者NMR计算
• #P B3LYP/6-31G* FREQ GFINPUT IOP(6/7=3) TEST
etc.
Gaussian中NBO计算
• # B3LYP/6-31G(d,p) Pop=(NBO, NPA, NBORead)
• Example of NBO bond orders
• 01 • C 0.000000 0.665676 0.000000 • H 0.919278 1.237739 0.000000 • H -0.919239 1.237787 0.000000 • C 0.000000 -0.665676 0.000000 • H -0.919278 -1.237739 0.000000 • H 0.919239 -1.237787 0.000000
• $nbo bndidx file … $end
消除自旋污染
• SCF Done: E(UHF) = -111.945340085 A.U. after 19 cycles
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！ 需要空行
OPT And FREQ on CH4
！ 标题行
！需要空行
01
！电荷和多重度
C
！用内坐标的分子描述
H1r
H1r2a
H 1 r 2 a 3 120.
H 1 r 2 a 3 -120.
Variables
！ 变量，表示以下给变量赋值；也可以只空一行
r 1.09
Constants
！常数，表示以下量的值计算中不变；也可以只空一行
势能面上的局域极小点
零点能校正后的电离能， 实验数据应与此数据比较
De
MP2/6-31G*水平下CH4结构优化和频率分析
Example 1: Job Type: MP2/6-31G* OPT
%chk=CH4
！ Link0 命令: chk,rwf,nosave,mem,nproc
#P MP2/6-31G* OPT FREQ TEST ！作业命令行
functions （基函数个数（STOs）和Gaussian型函数个数（GTOs））
5 alpha electrons 5 beta electrons （Alpha电子数和Beta电子数） nuclear repulsion energy 13.4331323697 Hartrees. : 6-311G(d,p) (5D, 7F) There are 12 symmetry adapted basis functions of A symmetry. There are 10 symmetry adapted basis functions of B1 symmetry. There are 10 symmetry adapted basis functions of B2 symmetry. There are 10 symmetry adapted basis functions of B3 symmetry. （以上是各种对称性的基函数的个数）
Coordinates (Angstroms)
Number Number Type
X
Y
Z
---------------------------------------------------------------------
1
6
0 0.000000 0.000000 0.000000
2
1
0 0.000000 0.000000 1.090183
的性质是对应于标准方向的， 如Freq计算中的分子振动方 向
5
1
0 0.629418 -0.629418 -0.629418
---------------------------------------------------------------------
对称性:
Stoichiometry CH4
Occupied (A1) (A1) (T2) (T2) (T2) Virtual (A1) (T2) (T2) (T2) (T2) (T2) (T2) (A1) (T2) (T2)
(T2) (A1) (E) (E) (T2) (T2) (T2) (T1) (T1) (T1) (T2) (T2) (T2) (A1) (E) (E) (T2) (T2) (T2) (T2) (T2) (T2) (A1) (T2) (T2) (T2) (A1)
初始猜：
Initial guess read from the checkpoint file: （这个作业的初始猜是从上个优化 步骤地CHk文件读取的；不然的话，缺省用ZNDO作为初始猜）
CH4.chk Initial guess orbital symmetries: （初始猜轨道的对称性）
Coordinates (Angstroms)
Number Number Type
X
Y
Z
---------------------------------------------------------------------
标准方向很重要，很多计算
1
6
2
1
3
1
4
1
0 0.000000 0.000000 0.000000 0 0.629418 0.629418 0.629418 0 -0.629418 -0.629418 0.629418 0 -0.629418 0.629418 -0.629418
a 109.47122
！空行，必须
输出文件的解释 以CH4为例:
输入方向: 以输入的坐标为准, 不做处理
Input orientation:
---------------------------------------------------------------------
Center Atomic Atomic
Integral buffers will be 262144 words long.
Raffenetti 1 integral format.
Two-electron integral symmetry is turned on.
42 basis functions, 64 primitive gaussians, 43 cartesian basis
Framework group TD[O(C),4C3(H)]
Deg. of freedom 1
Full point group
TD NOp 24
Largest Abelian subgroup D2 NOp 4
计量化学, 分子式
所属分子对称群 自由度数 点群
最大阿贝尔子群（乘法
法可交换群）
Largest concise Abelian subgroup D2 NOp 4
3
1
0 1.027835 0.000000 -0.363394
4
1
0 -0.513917 -0.890131 -0.363394
5
1
0 -0.513917 0.890131 -0.363394
---------------------------------------------------------------------
标准方向: 将坐标原点放在分子的电荷中心上 X，Y和Z各方向上，各原子
Standard orientation:
---------------------------------------------------------------------
的z坐标分量乘以自身核电荷 后加和，结果为零。
Center Atomic Atomic