Optimización de paquete computacional para el cálculo de estructura núcleo-electrónica: apmo / Opimization of ssoftware package for studies of quantum nuclear effect: apmo / Otimiação do proograma computacional ara o cálculo da estrutura elettrônica e não eletrônica: apmo

En este trabajo se presenta una versión rediseñada y optimizada del programa APMO (Any Particle Molecular Orbital). APMO es una implementación computacional del método del orbital molecular nuclear y electrónico (OMNE) en niveles de teoría Hartree-Fock (HF) y de perturbaciones de muchos cuerpos de segundo orden (MP2). En el método OMNE, tanto los núcleos atómicos como electrones se representan como funciones de onda. Este método permite un estudio directo de fenómenos en los que se presentan efectos cuánticos nucleares: efectos isotópicos, deslocalización nuclear, transferencia de protones, entre otros. La optimización realizada logró una marcada disminución en los tiempos de un cálculo global y permitió el uso de funciones de base electrónicas y nucleares con altos momentos angulares. Como ejemplo de las nuevas posibilidades del programa se presenta un estudio del efecto isotópico en complejos monohidratados y dihidratados de cobre (I) y cinc (II). En estos sistemas se encontró que la sustitución de protio por deuterio debilita el enlace oxígeno-metal.

This paper describes the optimization of the overall calculation scheme and the implementations of an efficient system for calculate molecular integrals in the APMO software package (Any Particle Molecular Orbital). APMO is an implementation of the nuclear and electronic molecular orbital (NEMO) method at Hatree-Fock (HF) and MP2 levels of theory. In this method, both nuclei and electrons are represented as wave functions, which allow the study of phenomena where nuclear quantum effects are important, such as isotope effects, hydrogen bonding, proton transfer, and others. This optimization reached a marked decrease in global and molecular integrals calculation times and enabled the use ofbasis functions with angular momenta higher than d and allowed the calculation of systems with more than eight atoms. This paper also presents the application of the NEMO method to the study of the isotope effect on mono and dihydrated complexes of copper (I) and zinc (II). For these systems, we found that the substitution of a proton with a deuteron nucleus weakens the metal-oxygen bond.

Este artigo descreve a otimização do sistema no cálculo global e a implementação de um sistema eficiente para calcular integrais moleculares no programa computacional APMO (Any Particle Molecular Orbital). APMO é uma implementação do método dos orbitais moleculares nucleares e eletrónicos (OMNE) no nível da teoria Hartree-Fock (HF) e o MP2. Neste método, tanto núcleos como elétrons apresentam-se como funções de onda permitirem o estudo dos fenômenos nucleares onde os efeitos quânticos são importantes, tais como efeitos de isótopos, pontes de hidrogênio, transferência de prótons, e outros. Com a otimização realizada, diminuiu o tempo do cálculo global e de integrais molecular; além disso, permitiu a utilização de funções de base com o momento angular superior a d eo cálculo de sistemas com mais de oito átomos. Este trabalho apresenta também a aplicação do método e NEMO para o estudo do efeito isotópico em mono-complexos e di-complexos de cobre (I) e zinco (II). Para estes sistemas, descobrimos que a substituição de um próton com um núcleo deuteron enfraquece o vínculo de oxigênio-metal.

Estudio teóricoddel efecto isotópico de hidrógeno en el aducto borano-carbonilo / Theoretical study of the hydrogen isotope effect on the borane-carbonile adduct / Estudo teorico do efeito isotopico de hidrogeno no aducto borano-carbonilo

Se estudió el efecto de la sustitución isotópica de hidrógeno sobre la geometría, la estructura electrónica y la estabilidad del aducto borano-carbonilo, mediante el método de orbitales moleculares nucleares y electrónicos (OMNE) implementado en el paquete computacional APMO. Se encontró que el aumento de la masa isotópica acorta las distancias de enlace boro-isótopo y carbono-oxígeno, mientras que alarga la distancia boro-carbono. Se determinó además la estabilidad del aducto a partir de las energías de formación y las distancias de enlace B-C. Se encontró que el aumento de la masa isotópica debilita el enlace B-C. Una primera explicación de este fenómeno en términos del concepto de acidez de Lewis predijo resultados contrarios a los encontrados, mientras que un modelo de reactividad basado en las diferencias de las energías de los orbitales LUMO del borano permitió dar cuenta de este efecto.

We have investigated the hydrogen isotope effect on the geometry, the electronic structure and the stability of the borane-carbonile adduct, by using the nuclear-electronic molecular orbital method (NEMO) which has been implemented in the APMO software. We have found that an increase of the mass of the hydrogen isotope reduces the boron-hydrogen and carbon-oxygen bond lengths while increasing the boron-carbon distance. In this study, the stability of the adduct has been analyzed in terms of formation energies and B-C bond distances. We have found that the increase of the isotope mass weakens the B-C bond. We tried to give an explaination to this phenomenon based on Lewis acidity concept but it predicted the wrong results. A reactivity model based on the energy differences of borane LUMO orbitais offered a correct explaination to this effect.

Temos estudado o efeito da substituição de isótopos de hidrogénio sobre a geometria, estrutura electrónica e da estabilidade do aduto Borana-carbonil, através do mêtodo de orbitais moleculares-core versões (OMNE) implementado no pacote computacional APMO. Descobrimos que um aumento da isótopo massa encurta as distâncias de ligação boro-carbono-isotópica de oxigênio e aumenta a distância, enquanto boro-carbono. Foi ainda determinada a estabilidade do aduto de as energias de formação e distâncias de ligação BC. Nós descobrimos que o aumento da massa isotópica minar a relação BC. Uma explicação para este fenômeno em termos de conceito de acidez de Lewis predita resultados contrários aos encontrados enquanto um modelo baseado em diferenças de reatividade nas energias dos orbitais LUMO do Borana autorizados a conta para este efeito.

Apmo: un prograaa computacional para el estudiode efectos cuánticos nucleares mediante la teoría del orbital molecular electrónico y no electrónico / Apmo: a comuter program based on the electronic and non-electronic molecular orbital theory for studies of nuclear quantum effetts / Apmo: umprogramaa computacional para o estudo dos efeito quânticos nuclleares por meio do teoria do orbital molecular eletrônico e não - elerôônico

Con el fin de estudiar teóricamente fenómenos en donde los núcleos atómicos presentan comportamiento cuántico, hemos desarrollado el paquete computacional APMO (Any-Particle Molecular Orbital). Éste implementa el método de orbitales moleculares nucleares y electrónicos (OMNE) a un nivel de teoría Hartree- Fock (HF), en el que tanto núcleos como electrones se representan como funciones de onda. Para comprobar la correcta implementación del método se realizaron cálculos de estructura electrónica regular y núcleo- electrónica de las moléculas H2 y LiH. Las componentes de energía calculadas siguen las tendencias y están en el mismo orden de magnitud de cálculos similares reportados en la literatura. A diferencia de otros paquetes que implementan el método OMNE, el nuestro fue diseñado para estudiar sistemas con cualquier número de especies cuánticas.

With the aim of studying phenomena where atomic nuclei have a quantal behavior, we have developed the APMO (Any-Particle Molecular Orbital) software package. This implements the nuclear and electronic molecular orbital approach (NEMO) at a Hartree-Fock level of theory, where both nuclei and electrons are represented as wave functions. To verify the correct implementation of the method, a number of electronic and nuclear-electronic calculations were carried out on H2 and LiH molecules. The calculated energy components follow the trends and are of the same order of magnitude of similar calculations reported in the literature. In contrast to other packages that implement the NEMO approach, ours is designed to allow for studying systems with any number of quantum particles.

Com a finalidade de estudar teoricamente fenômenos cujos núcleos atômicos apresentam comportamento quântico, desenvolvemos o pacote computacional APMO (Any-Particle Molecular Orbital). Este implementa o método de orbitais moleculares nucleares e eletrônicos (OMNE) no nível da teoria Hartree-Fock (HF), onde tanto núcleos como elétrons se apresentam como funções de onda. Para comprovar a utilização correta do método, se realizaram cálculos da estrutura eletrônica regular e do núcleo eletrônico das moléculas H_2 y LiH. Os componentes de energia calculados seguem as tendências e estão na mesma ordem de magnitude de cálculos similares reportados na literatura. Diferentemente de outros pacotes que utilizam o método OMNE, o nosso foi desenhado para estudar sistemas de qualquer número de espécies quânticas.