الديناميكا الجزيئية
(١) حسابات الديناميكا الجزيئية من المبادئ الأولية
نستخدم حزمة برامج أوركا الحديثة أو جاوسيان في إجراء هذه النوعية من الحسابات. وفيما يلي سنعرض مع الشرح نسخةً من ملف المُدخلات لكلٍّ منهما.
أولًا: ملف أوركا
يُعنَى هذا الملف بالحسابات في الحالة المثارة. والفرقُ الوحيد بين حسابات الديناميكا الجزيئية في الحالة المثارة والحالة الأرضية، هو السطر الثالث، الذي يجب إلغاؤه عند إجراء حسابات الحالة الأرضية.
ثانيًا: ملف جاوسيان
-
admp تعني الكلمة الدالة علي طريقة حساب الديناميكا الجزيئية من المبادئ الأولية.
-
stepsize = 2500 تعني سعة الخطوة الزمنية 0.25 فيمتو ثانية.
-
maxpoints = 4000 تعني عدد الخطوات الزمنية وهي: (0.25 * 4000 = 1000 فيمتو ثانية).
(أ) ما الهدف؟
وقبل أن نستعرض النتائج سنسأل أنفسنا: ما الذي نريد الحصول عليه من هذه الحسابات؟
وسنبادر بالإجابة العاجلة ونذكر أننا بصدد حساباتٍ لجزيء ذي أهمية في حياتنا، وهو جزيء حمض الكافييك. نريد معرفة حركة الجزيء في مدًى زمني هو ألف فيمتو ثانية (أيْ واحد بيكو ثانية)، ومنها سنعرف مدى ثبات هذا الجزيء عند أزمنة المسار المختلفة. سنعرف حامضية مجموعات الهيدروكسيل فيه، وسنتعرَّف أيضًا على التغييرات في طاقة النَّوَى؛ سواء الطاقة الديناميكية أو الطاقة الوضعية. بل نريد ونستطيع أيضًا معرفة أطوال بعض الروابط الهامة بين مجموعات الجزيء بعضها وبعض. ونودُّ أن نعرف أيضًا إذا ما كان الجزيء سيقوم بحركات الْتِواءٍ حول الرابطة الثنائية في السلسلة الجانبية لحمض الكافييك.
كل المعلومات التي سنتمكَّن من الحصول عليها ستفيد في معرفة الخواص الحركية والشكلية للجزيء، خاصةً إذا ما قارنَّاها بنفس الخواص في الحالات الإلكترونية المختلفة، مثل مقارنة الحالة الثائرة بالحالة الأرضية.
(٢) حمض الكافييك
(٣) تحليل النتائج
سنبدأ بالتعرُّف على كيفية استخلاص النتائج من مُخرجات برنامج جاوسيان وعرضها باستخدام الواجهة الرسومية لبرنامج جاوسيان فيو.
- (١)
عند زمن مقداره ٥١٢ فيمتو ثانية، حدثت الْتِواءات ودوران ممَّا جعل مجموعة الإيثلين تُصبح مُتعامدة على باقي الجزيء. كما انفصلت ذرَّة الهيدروجين رقم ١٥ عن ذرَّة الكربون رقم ١٢.
- (٢)
عند زمن في المسار مقداره ٥٢٣ فيمتو ثانية، انفصلت مجموعة الكربوكسيل عن باقي الجزيء، وكذلك فقد انفصلت ذرَّتا الهيدروجين ذواتَا الرقمين ١٥ و١٩ عن ذرتَي الكربون ذواتَي الرقمين ١٢ و٤ على الترتيب. ونلاحظ أيضًا أنه قد حدَث مزيد من الالْتِواءات والدوران؛ ممَّا أدَّى إلى بقاء مجموعة الإيثلين مُتعامِدة على باقي الجزيء.
- (٣)
عند ٥٢٩ فيمتو ثانية انفصلت كلُّ مجموعة الإيثلين، وكذلك انقسمت مجموعة الكربوكسيل لنلاحظ وجود شق هيدروكسيل حر.
الخلاصة
-
(١)
تعرَّفنا في هذا الفصل على طريقة متقدمة في الحسابات، وهي الديناميكا الجزيئية من المبادئ الأولية، والتي تعتمد على تقريب بورن-أوبنهايمر لفصل حركة النَّوَى الثقيلة الوزن عن حركة الإلكترونات الخفيفة الوزن، مع استخدام نظرية الدالية الإلكترونية.
-
(٢)
تعرَّفنا على ملفَّات إدخال المعلومات لإجراء الحسابات إما بحُزَم برنامج أوركا، وإما بحُزَم برنامج جاوسيان.
-
(٣)
درسنا حالة حمض الكافييك المتوافر طبيعيًّا في الغذاء والقهوة، وهو من المواد الهامَّة في مكافحة السرطان.
-
(٤)
شاهدنا التغيُّرَ الحادث في خواص الجزيء في زمن المسار.
-
(٥)
لقد حدَّدتُ بعض المفاتيح، وعلى الدارس اللجوء إلى دليل البرامج والمَراجع للاستزادة في المعرفة.
