分子的频率、红外IR、零点能、转动能量、转动惯量、熵、焓、热容与Gibbs自由能的计算

第一步，优化分子结构

参考教程：优化分子结构

第二步，计算参数设置

导入优化好的坐标到ADFinput中（导入方法，参考：如何将结构优化、分子动力学某一帧结构导出，或更新到AMSinput用于后续计算），并设置参数如下图

模型创建好之后，点击窗口底部的★符号，程序计算的时候，才能自动识别点群，同时计算效率也会大大提高。一般性参数的设置，可以参考ADF参数设置详解。

设置热力学性质的计算参数（温度、压强）如下：

保存任务并运行。

第三步，结果查看

红外谱

在该任何相关的任何窗口，或在ADFjobs中选中该任务之后，点击ADF LOGO > Spectra，即显示振动频率：

如果有虚频，则虚频的峰为负数，此例中没有虚频。

点击峰的位置，或者下方列表中计算得到的某一行（每一行对应一个峰、一个模式），则显示该峰对应的振动模式的振动动画。

零点能

点击SCM > Output > 窗口底部搜索“Zero-point energy”可以看到零点能：

 Zero-point energy (Hartree):     0.0771

Bonding Energy加上零点能即考虑了零点能矫正。

转动惯量

Output窗口底部搜索“Moments of Inertia”，显示转动惯量的数值，及其主轴：

 Moments of Inertia [amu*bohr^2] and principal axis
 ==================================================

          52.0223        194.1243        223.1396
 ------------------------------------------------
           0.8412         -0.5322         -0.0958
           0.0781         -0.0558          0.9954
           0.5350          0.8448          0.0054

熵、焓、热熔与Gibbs自由能

在SCM > Output >Other properties > Statistical Thermal Analysis，可以看到文本形式的输出内容，包括强度和热力学信息：

     Temp                                                        Transl      Rotat     Vibrat     Total
     ----                                                        ------      -----     ------     -----

     378.15   Entropy (cal/mol-K):                               38.587     23.046      7.365     68.998
              Nuclear Internal Energy (kcal/mol):                 1.127      1.127     50.109     52.364
              Constant Volume Heat Capacity (cal/mol-K):          2.981      2.981     11.090     17.051
          (c) Constant Volume Heat Capacity (cal/mol-K):          2.981      2.981     11.045     17.007

       Summary of energy terms
                                                   hartree              eV         kcal/mol           kJ/mol
                                      --------------------     -----------       ----------      -----------
      Energy from Engine:               -1.706721169467299        -46.4422         -1070.98         -4481.00
      Nuclear Internal Energy:           0.083446897878264          2.2707            52.36           219.09
  (c) Nuclear Internal Energy:           0.083408053255381          2.2696            52.34           218.99
      Internal Energy U:                -1.623274271589035        -44.1715         -1018.62         -4261.91
      pV/n = RT:                         0.001197531246016          0.0326             0.75             3.14
      Enthalpy H:                       -1.622076740343019        -44.1390         -1017.87         -4258.76
      -T*S:                             -0.041579770889873         -1.1314           -26.09          -109.17
  (c) -T*S:                             -0.041581265021315         -1.1315           -26.09          -109.17
      Gibbs free energy:                -1.663656511232892        -45.2704         -1043.96         -4367.93

其中，

如同输出文件内容所说，这种计算Gibbs自由能的方式，引入了理想气体近似，
Transl，Rotat，Vibrat，Total三项列出了各个温度时，熵、核内能、热容的平移、转动、振动分量与总和。
转动能级的计算：Moments of Inertia，转动惯量I，在前面有列出。转动能级E_rotate=h²*J(J+1)/8π²I，其中J为转动量子数也就是能级序号，I为转动惯量（非负整数），h为普朗克常数（h=6.62606896×10^-34J·s），π＝3.141593。转动能级本身通过玻尔兹曼分布进行平均，得到该温度下的转动能量。
Summary of energy terms，列出了电子内能（即Energy from Engine）、焓、Gibbs自由能等信息。
（c）是进行了低频热力学修正之后的值，参考：https://www.scm.com/doc/AMS/Vibrational_Spectroscopy.html#thermodynamics

补充：只计算部分原子相关的振动、Gibbs自由能等，如何设置？

设置

其他设置如上文所示，增加设置如下：

将需要计算振动的这部分原子设置为一个Region（设置方法参考：如何创建分区）
Properties → IR(Frequency),VCD → Hessian only for选择该Region

结果

平动、转动相关的能量，全部原子考虑在内
振动相关能量，仅仅考虑了指定这部分原子振动引起的

目录