Um procedimento analítico para o cálculo das integrais bi-eletrônicas em métodos de mecânica quântica molecular

Abstract

Neste trabalho desenvolvemos uma metodologia alternativa (método das q-Integrais) para o cálculo de integrais de dois-elétrons em métodos ab initio de mecânica quântica molecular. O método das q-Integrais é baseado na função q-Exponencial, a qual provém da mecânica estatística não-extensiva de Tsallis. A vantagem deste procedimento é que o tempo de CPU para o cálculo de integrais de dois-elétrons é substancialmente reduzido quando comparado com as metodologias usuais. Para validar esta nova metodologia, o método das q-Integrais foi aplicado em quatro situações usando os níveis de cálculo Hartree-Fock, MP2 e CC (aproximações CCD e CCSD): i) gerar as curvas de energia potencial dos sistemas moleculares H2, N2, O2, F2 e HF utilizando conjuntos de funções de base STO-3G, STO- 6G, Slater (base mínima) e double-zeta(DZV), considerando várias distâncias interatômicas entre 0; 5 e 8; 0 bohr; ii) calcular as constantes espectroscópicas e o espectro rovibracional para os sistemas moleculares relatados; iii) otimizar a distância interatômica dos referidos sistemas moleculares; iv) calcular o momento de dipolo (para sistemas heteronucleares), a polarizabilidade linear estática e a segunda hiperpolarizabilidade em funcão da distância interatômica usando duas diferentes metodologias: métodos Hartree-Fock Acoplado(CPHF) e Campo Finito (FF). Nossos resultados estão em bom acordo com os obtidos utilizando os procedimentos usuais para cálculo de integrais de dois-elétrons, indicando claramente que o método das q Integrais é acurado o bastante para ser usado em cálculos mecânico-quânticos moleculares. O método das q-Integrais foi implementado no código fonte do programa geral de química quântica GAMESS. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The present work develops an alternative methodology (q-Integral method) to evaluate the two-electron integrals which appear in ab initio molecular quantum mechanical calculations. The q-Integral method is based on the q-Exponential function, which comes from the Tsallis non-extensive statistics mechanics. The advantage of this procedure is that the CPU time for calculating the two-electron integrals is substantially reduced when compared with the usual methods. To validate this new methodology, the q Integral method was applied in four cases using the Hartree-Fock, MP2 and CC (CCD and CCSD approaches) theory: i) to build up the potential energy curves of the molecular systems H2, N2, O2, F2 and HF using the STO-3G, STO-6G, Slater (minimal basis) and double-zeta (DZV) atomic basis sets, assuming several interatomic distances varying between 0.5 and 8.0 bohr; ii) to evaluate the spectroscopic constants and the rovibrational spectra for the related molecular systems; iii) to optimize the interatomic distance of the related molecular systems; iv) to calculate the bond length dependence of the dipole moment (to heteronuclear systems), static linear polarizability and second hyperpolarizability via two different approaches: the Coupled Hartree-Fock (CPHF) and Field Finite (FF) methods. Our results are in good agreement with those obtained through the standard procedure for calculating the two-electron integrals, implying that the q-Integral method is accurate enough to be used in any molecular quantum mechanical calculation. The q-Integral method was implemented in the source code of the general ab initio quantum chemistry package GAMESS.