初级量子化学培训自测题-基组部分

sobereva · 发表于 Post on 2017-3-28 09:57:04

PS：很久以前就打算出一套量化自测题，用于参加过北京科音量化培训班的学员检查所学知识掌握程度，但一直没时间搞。近来有些人对于自己的程度是否适合参加科音初级量化班（http://www.keinsci.com/workshop/KEQC_content.html）有疑虑，我就稍微抽了一点时间基于初级班的讲义的知识范畴把基组部分出了套自测题。基组部分占初级班讲授内容的约1/15。以后等有时间会把完整的自测题和答案做出来，并且把题目难度分档，分成初级班和中级班的题。

初级量子化学培训自测题-基组部分
作者：Sobereva
最后更新：2017-Mar-28
说明：这是初级量化自测题系列之一。本自测题涉及的知识范畴都在北京科音初级量子化学培训中的“基组”这部分当中。如果能顺利答出且答对1/4以上的问题（答案可参考回复中liyuanhe贴的），就没必要参加初级量化培训，而可以直接参加北京科音中级量子化学培训班（http://www.keinsci.com/workshop/KBQC_content.html）学习更深更广的内容，否则说明基础还很薄弱，一定要从初级班开始参加，否则参加了中级班也跟不上。如果已经参加过初级量化培训但做此自测题还很吃力，则说明需要反复复习讲义，巩固所学内容，加深印象。

基函数在量子化学计算中起到什么作用？

CBS的全称是什么？含义是什么？

基组不完备性误差指什么？

Gaussian、GAMESS-US等常用量子化学程序用的基函数的数学形式是什么样的？是以原子为中心的么？

S型高斯函数有几种？P型高斯函数有几种？

什么叫收缩型高斯基函数？为什么要做收缩？

判断此话的正误：收缩系数和基函数的线性组合系数在SCF过程中都会发生改变，后者的初值是在所用基组中定义的。

壳层是什么意思？

每种基组都定义了哪些信息？

写出至少一种极小基基组的名字。

STO-nG系列的STO的含义是什么？n和G代表什么意思？

什么叫扩展基？

双分裂价基组的含义是什么？

写出至少三种双分裂价基组

写出DZ、TZ的全称

Pople系列基组指哪些基组？

对6-311+G(2d,p)这个基组的特征进行说明，解释此基组符号中每一项的含义。

什么是极化函数？

什么是弥散函数？

判断这句话的正误，如果不对，指出错在哪里：只要计算条件不是太差，否则绝对不应当使用6-31G基组，因为这个基组连极化函数都没有，结果往往很烂。使用6-31G的人大多都是连最基本的基组常识都没有的菜鸟。

判断这句话的正误：后HF对基组的要求比HF、DFT更高，特别是需要有大量的弥散函数，否则不能充分描述电子相关作用。

判断这句话的正误：对分子体系除非很高精度计算，否则没必要引入极化函数。因为对于孤立原子，比占据轨道角动量更高的原子轨道是非占据的，因此对于分子体系也没太大必要通过引入极化函数来描述它们。

计算研究中性分子发生的化学反应，6-31++G和6-31G**那个结果会更好？

指出以下哪些问题在计算时是必须有弥散函数的，否则结果会很离谱；哪些是用了弥散函数后对结果有明显改善的，哪些是没有特殊前提条件的情况下没必要加弥散函数的：
计算极化率
计算超极化率
计算偶极矩
计算势垒
计算里德堡激发
计算价层激发
计算电离能
计算色散主导的分子间相互作用
优化势能面极小点
找过渡态结构
振动分析获得红外光谱
计算HOMO-LUMO gap
计算电子亲和能
计算IRC
计算阳离子
计算原子化能
计算原子电荷
计算NMR
势能面扫描
计算带有孤对电子原子的体系
计算带有pi电子的体系

滥用弥散函数是初学者的最常见问题之一，会带来很多坏处。指出以下哪些是瞎编的坏处：
使得SCF收敛往往困难许多
使得体系能量整体偏高
使得一些波函数分析方法结果变得不合理（如Mayer键级、Mulliken分析）
计算红外光谱时可能导致一些本应很明显的峰消失
导致gap显著加大

写出与此描述相对应的pople基组：TZ级别，给重原子加两层d极化函数，一层f极化函数；给轻原子加两层p极化函数。给重原子加一层弥散函数。

为什么说在需要用弥散函数的时候，一般没必要给氢加弥散函数？

Dunning相关一致性基组的基组名通式是什么？

Dunning相关一致性基组最适合用于哪种计算？HF计算、后HF计算、杂化泛函计算、纯泛函计算、半经验计算

cc-pVQZ、cc-pV6Z、6-311G(3df,2pd)其中哪个最大？哪个最小？

cc-pVTZ的标准的带弥散函数的版本的名字怎么写？其赝势基组版本的名字怎么写？

对以下基组尺寸从小到大排序（对主族来说）：
STO-3G、def2-TZVP、def-TZVP、6-311G**、def2-SVP、3-21G、def2-QZVP、cc-pV5Z、6-31G、cc-pVTZ

def2系列基组从第几周期开始是赝势基组？

6-31G*基组能直接被用于计算四羰基镍、溴化碘么？cc-pVDZ能计算氯化钠、氟化钾、二茂铁么？如果不能，说出原因。

计算一般化学问题，以下哪些组合明显不合理，为什么？
CCSD(T)/cc-pVDZ、B3LYP/def2-TZVP、HF/cc-pVQZ、B2PLYP/6-311G(2df,2p)、MP2/6-31+G、MP4/cc-pVTZ

对于普通有机体系，判断这些说法的正误：
用6-31+G*算得动的体系，用6-311G*一定算得动
用cc-pVTZ算得动的体系，用aug-cc-pVTZ一定算得动
用def2-TZVP算得动的体系，用def2-QZVPP一定算得动
用def2-SVP算得动的体系，用6-31G**一定算得动

判断以下说法的正误，如果错误，指出错在哪里：
(1)基组越大结果总是越好
(2)为了能得到较准确结果，绝对不能用极小基级别的基组
(3)Dunning相关一致性基组是给后HF计算优化的，因此用于DFT计算结果将极为糟糕
(4)Pople系列基组是给HF计算优化的，因此用于DFT计算结果将极为糟糕
(5)在基组尺寸相近的情况下，用def2系列基组比用pople系列基组往往能获得更好的结果，比如def2-TZVPP通常结果好于6-311G(2df,2pd)、def2-SVP通常结果好于6-311G**

什么叫混合基组？什么场合需要用到混合基组？

什么是赝势？什么是赝势基组？什么情况用得着？

写出至少5种赝势基组的名字

使用赝势基组的好处和坏处都有哪些？

判断说法正误：
(1)Lanl赝势绝对不应搭配SDD赝势基组使用
(2)赝势基组必须搭配赝势使用才能用于实际问题研究
(3)使用lanl2DZ计算氧化亚铁时可以等效地考虑标量相对论效应
(4)lanl2对过渡金属是大核赝势
(5)lanl2对碘是小核赝势
(6)lanl1对碘是大核赝势
(7)cc-pVTZ-PP也可以给DFT计算使用
(8)SDD赝势基组对于镧系、锕系有定义，而def2系列、lanl2DZ对镧系锕系都没有定义
(9)计算配合物时，给过渡金属用lanl2DZ，给配体用def2-TZVP是合理的搭配
(10)对于第四周期原子，lanl2DZ和6-31G*耗时相近，前者精度更高
(11)计算配合物时，给过渡金属用了赝势基组时，可以照样计算配体原子的NMR
(12)从第四周期开始，相对论效应已变得非常显著，实际计算时总要考虑相对论效应
(13)lanl08比lanl2DZ更大
(14)lanl08、lanl08(d)、lanl2TZ、lanl2TZ(f)赝势基组对应的赝势定义都一样
(15)使用赝势基组也可以做后HF计算

对过渡金属，将以下赝势基组大小进行排序
lanl2MB、lanl2DZ、SDD、cc-pVTZ-PP

subhijan · 发表于 Post on 2020-8-16 11:32:21

对初学者来说是非常不错的指导性文件资料，非常感谢！

装着智慧的花瓶 · 发表于 Post on 2019-9-3 09:49:24

冰释之川发表于 2017-4-15 11:38
以你的回答做了个PPT

为什么看不见你的ppt了

YuLONG · 发表于 Post on 2018-3-11 09:43:59

谢谢回复，希望在5月20号左右。这样工作学习两不误。@sobereva

sobereva · 发表于 Post on 2018-3-11 00:45:19

YuLONG 发表于 2018-3-10 17:13
谢谢回复，我之前看到通告是五月中旬。由于个人工作原因，想知道具体的培训时间。届时好安排工作和时间。 ...

目前还没定，定下来后会第一时间体现在科音主页上

YuLONG · 发表于 Post on 2018-3-10 17:13:31

sobereva 发表于 2018-3-10 16:21
这里说了在哪里看时间
北京科音办的培训班FAQ
http://bbs.keinsci.com/thread-5098-1-1.html

谢谢回复，我之前看到通告是五月中旬。由于个人工作原因，想知道具体的培训时间。届时好安排工作和时间。
之前没有问清楚，实在是不好意思。

sobereva · 发表于 Post on 2018-3-10 16:21:40

YuLONG 发表于 2018-3-10 10:50
请问今年什么时候有初级培训? @sobereva

这里说了在哪里看时间
北京科音办的培训班FAQ
http://bbs.keinsci.com/thread-5098-1-1.html

YuLONG · 发表于 Post on 2018-3-10 10:50:08

请问今年什么时候有初级培训? @sobereva

lonemen · 发表于 Post on 2018-3-1 13:36:33

liyuanhe211 发表于 2017-3-28 12:34
自做的答案→_→

厉害啦，Dr. Li!

liyuanhe211 · 发表于 Post on 2018-2-26 04:50:02

kyuu 发表于 2018-2-26 03:41
不要叫Gauss type function 这个习惯不好
Gaussian type function

谢谢指正！已提请修改。

kyuu · 发表于 Post on 2018-2-26 03:41:55

liyuanhe211 发表于 2017-3-28 12:34
自做的答案→_→

不要叫Gauss type function 这个习惯不好
Gaussian type function

sobereva · 发表于 Post on 2017-7-1 01:51:47

我本是个娃娃发表于 2017-6-30 21:44
补充：此前大博士补充的题，附上答案

“只有SCF和相关能可以做基组外推”这点不对，优化的键长、算的偶极矩等等，只要随计算级别增大有收敛趋势的，原理上都可以外推，只要给定合适的外推公式即可。不能外推的是没法随基组增大而收敛的，比如Mulliken电荷

内层收缩度高的原因在于，靠近内核区域的原子轨道径向特征和高斯函数特征相差比较大，特别是在内核处有个cusp，所以不用高收缩度描述不好。考虑STO-nG系列基函数径向行为随n增大是如何逐渐趋近于STO的。而价层部分，原子轨道波函数的行为则相对平滑，本身用不着收缩度太高，关键是要靠较多的基函数能描述其柔性。

def2-TZVP不适合标量相对论计算。SARC是可以的

用月份基组的好处是比aug更便宜，而且多数情况不明显牺牲精度，构建思想是氢的弥散函数意义不大，而且高角动量弥散函数起到的作用没有低角动量的大。月份基组的思路用于计算超极化率并不很理想，去掉氢的弥散函数会降低结果精度不少，这一点其实从甲醛的超极化率密度上就可以看出，氢的那头，超极化率密度分布也很弥散，因此也需要弥散函数来描述。

我本是个娃娃 · 发表于 Post on 2017-6-30 21:44:12

补充：此前大博士补充的题，附上答案

Sobereva(190258442) 11:51:03
后来在之前的基组部分自测题的初级班基础上又补了点基础班程度的：

量子化学计算所用的基函数不止高斯型函数一种，请说出至少一种其它形式的基函数。
斯莱特型基函数，平面波基函数

说出至少两种恰当的给def2系列基组加上弥散函数的方法。
1，相关一致性基组添加弥散的方式可以移植至此，如aug-cc-pVTZ的弥散函数放在def2-TZVP上，可以写作aug-def2-TZVP
2，优化HF下极化率得到含弥散函数的def2系列基组，如def2-TZVPD
3，Truhlar等人提出的添加原则，如ma-TZVP
4，even-tempered方法，见http://sobereva.com/347

是所有量子化学计算出的量都可以做基组外推么？
只有SCF和相关能可以做基组外推

诸如6-311G*等基组，都是描述内层原子轨道的基函数收缩度很高，而描述价层轨道的基函数收缩度很低甚至不收缩，这样做的原因是什么？
内层电子，在通常情况下既不参与化学反应，对大部分理化性质也不起决定性作用，形状也变化不大，用收缩度较高的基函数计算既较好地描述电子的行为，也可以节省计算资源和耗时
价层电子，轨道变形性较高，收缩度较低甚至未收缩的基函数能够精确描述价层电子的行为，这在电子激发，化学反应等多个性质的计算上是极有意义的，即使增加计算耗时也是有必要的。

以下哪些基组可以做常规目的的标量相对论计算（从精度来说）：
UGBS、cc-pVnZ-DK、6-311G(2d,p)、def2-TZVP、IGLO-III、SARC
cc-pVnZ-DK，def2-TZVP，UGBS

以下哪些基组计算碳原子时有d极化函数，那些有f极化函数？
6-31G*、cc-pVTZ、3-21G*、def-TZVP、pc-2、def2-SV(P)、def2-TZVP
有d极化函数：6-31G*，def-TZVP，pc-2，def2-SV(P)、def2-TZVP
有f极化函数：cc-pVTZ，def2-TZVP，pc-2

月份基组是怎么回事？其构建思想是什么？用月份基组有什么好处？
月份基组是对相关一致性基组添加弥散函数的一种办法
其中aug-是对每一个角动量的基函数都添加弥散函数，每削去一部分角动量的弥散函数，可以降低一个月份
可以精确计算里德堡激发，超极化率等

判断正误：
对(1)pc系列基组适合DFT计算
错(2)6-31G基组的收缩系数是通过拟合STO来获得的
对(3)基函数的数目和GTF数目同时影响计算耗时。HF/DFT计算耗时受GTF数目影响更大，后HF计算受基函数数目影响更大
错，ADF使用斯莱特型基函数(4)Gaussian、ORCA、GAMESS-US、NWChem、Q-Chem、Molpro、ADF用的基函数形式其实是一样的，都是高斯型基函数，因此也基组是通用的
可，但不划算(5)平面波型基函数也能用于算分子体系

哪类基组明显不适合做基组外推？
Pople系列、def2系列、pc系列、Dunning系列
Pople系列

brothers · 发表于 Post on 2017-6-7 09:58:37

scottfreedom 发表于 2017-6-6 21:27
正在学习中.....就是木有时间，麻蛋，天天搬砖

{:lo当年4个人徒手搭起来的两套反应器有好几吨重，5~6米高。不知道拧了多少螺丝，弯了多少不锈钢管，锯断了多少钢锯条，那才叫搬砖

scottfreedom · 发表于 Post on 2017-6-6 21:27:49

brothers 发表于 2017-6-6 19:29
编个程序，绝对加深理解

正在学习中.....就是木有时间，麻蛋，天天搬砖

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[综合交流] 初级量子化学培训自测题-基组部分

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