Shermo:计算气相分子配分函数和热力学数据的简单程序

Shermo:计算气相分子配分函数和热力学数据的简单程序

文/Sobereva(3)  2015-Dec-26


用过Gaussian的人都知道Freq任务会输出一堆热力学数据,但真正搞懂这些量到底怎么算出来的人不多。于是笔者开发了一个既有实用意义也有教学意义的Shermo程序(名字由来是Sob+Thermo)。

基于给定的谐振频率、惯性矩、温度、压力、原子质量、转动对称数等信息,Shermo程序可以输出分子配分函数和理想气体近似下的每mol的内能、焓、熵、自由能、热容,并且平动、转动、振动和电子贡献会独立输出,每种振动模式的贡献也能独立输出(这一点很有意义,能很方便直观地考察各个振动模式对热力学数据的影响)。

Shermo由Fortran编写,代码简洁易懂,也很适合学习热力学计算之用,以加深对概念的理解。程序附带了写得极为清楚的文档,里面有所有数据的计算公式,和源代码一对照就能透彻搞懂这些量是怎么算的了。


下载链接:Shermo.rar
压缩包里包含Windows版可执行程序、源代码、文档、示例输入文件以及与之对应的Gaussian freq任务的输出文件。


以下是输出例子:

 Shermo: A utility to calculate various thermodynamic properties
 Programmed by Sobereva (sobereva@sina.com)
 First release: 2015-Dec-26

 Temperature(K):     298.150
 Pressure(Atm):       1.000
 Rotational symmetry number: 6
 Note: This is a non-linear molecule
 Moments of inertia:    22.457510   90.665730   90.665730 amu*Bohr^2
 Rotational constant:   80.362480   19.905440   19.905440 GHz
 Rotational temperature:    3.856786    0.955309    0.955309 K
 Spin multiplicity: 1
 The number of atoms:    8

 The number of frequencies:   18
 Atom:    1   Mass:  12.000 amu
 Atom:    2   Mass:   1.008 amu
 Atom:    3   Mass:   1.008 amu
 Atom:    4   Mass:   1.008 amu
 Atom:    5   Mass:  12.000 amu
 Atom:    6   Mass:   1.008 amu
 Atom:    7   Mass:   1.008 amu
 Atom:    8   Mass:   1.008 amu
 Total mass:   30.046980 amu

 Note: Only for translation motion, contribution to CV and U are different to CP
 and H, respectively

                          ======= Translation =======

 Translational q(T):        0.389858E+31
 Translational q(T)/N:      0.647375E+07
 Translational U(T):    0.888728 kcal/mol
 Translational H(T):    1.481213 kcal/mol
 Translational CV:      2.980807 cal/mol/K
 Translational CP:      4.968012 cal/mol/K
 Translational S(T):   36.133874 cal/mol/K

                          ========= Rotation ========

 Rotational q(T):      0.810623E+03
 Rotational U(T):    0.888728 kcal/mol
 Rotational CV:      2.980807 cal/mol/K
 Rotational S(T):   16.290714 cal/mol/K

                          ======== Vibration ========

  Mode  Wavenumber   Freq     Vib. Temp.   q(V=0)      q(BOT)
          cm^-1      GHz          K
    1    312.37   0.9365E+04    449.43    1.284493    0.604507
    2    827.24   0.2480E+05   1190.22    1.018810    0.138433
    3    827.24   0.2480E+05   1190.22    1.018810    0.138432
    4   1005.19   0.3013E+05   1446.24    1.007885    0.089144
    5   1225.75   0.3675E+05   1763.58    1.002706    0.052087
    6   1225.76   0.3675E+05   1763.59    1.002706    0.052087
    7   1417.66   0.4250E+05   2039.69    1.001070    0.032728
    8   1439.90   0.4317E+05   2071.69    1.000961    0.031015
    9   1516.70   0.4547E+05   2182.19    1.000663    0.025761
   10   1516.70   0.4547E+05   2182.20    1.000663    0.025761
   11   1521.35   0.4561E+05   2188.88    1.000648    0.025473
   12   1521.35   0.4561E+05   2188.89    1.000648    0.025473
   13   3043.61   0.9125E+05   4379.08    1.000000    0.000647
   14   3044.76   0.9128E+05   4380.72    1.000000    0.000645
   15   3099.30   0.9291E+05   4459.20    1.000000    0.000565
   16   3099.30   0.9291E+05   4459.20    1.000000    0.000565
   17   3123.19   0.9363E+05   4493.57    1.000000    0.000534
   18   3123.19   0.9363E+05   4493.57    1.000000    0.000534

  Mode  Wavenumber     ZPE      U(T)-U(0)    U(T)      CV(T)       S(T)
          cm^-1      kcal/mol   kcal/mol   kcal/mol  cal/mol/K  cal/mol/K
    1    312.373      0.447      0.254      0.701      1.650      1.350
    2    827.245      1.183      0.044      1.227      0.607      0.186
    3    827.245      1.183      0.044      1.227      0.607      0.186
    4   1005.188      1.437      0.023      1.460      0.372      0.092
    5   1225.753      1.752      0.009      1.762      0.189      0.037
    6   1225.756      1.752      0.009      1.762      0.189      0.037
    7   1417.658      2.027      0.004      2.031      0.100      0.017
    8   1439.897      2.058      0.004      2.062      0.092      0.015
    9   1516.703      2.168      0.003      2.171      0.071      0.011
   10   1516.703      2.168      0.003      2.171      0.071      0.011
   11   1521.351      2.175      0.003      2.178      0.070      0.011
   12   1521.353      2.175      0.003      2.178      0.069      0.011
   13   3043.615      4.351      0.000      4.351      0.000      0.000
   14   3044.757      4.353      0.000      4.353      0.000      0.000
   15   3099.303      4.431      0.000      4.431      0.000      0.000
   16   3099.303      4.431      0.000      4.431      0.000      0.000
   17   3123.188      4.465      0.000      4.465      0.000      0.000
   18   3123.190      4.465      0.000      4.465      0.000      0.000

 Vibrational q(V=0):         0.135737E+01
 Vibrational q(BOT):         0.464776E-34
 Vibrational ZPE:    0.074930 a.u.      47.019 kcal/mol     196.729 kJ/mol
 Vibrational U(T)-U(0):    0.404393 kcal/mol
 Vibrational U(T):        47.423838 kcal/mol
 Vibrational CV(T):        4.085798 cal/mol/K
 Vibrational S(T):         1.963524 cal/mol/K

                         ======== Electron spin ========

 Note: Thermal excitation of electronic states is not taken into account, so ele
ctronic contribution to CV and U are zero
 Electronic q:     1.000000
 Electronic S:     0.000000 cal/mol/K

                           ===========================
                           ========== Total ==========
                           ===========================

 Total q(V=0):           0.428966E+34
 Total q(BOT):           0.146882E+00
 Total q(V=0)/N:         0.712315E+10
 Total q(BOT)/N:         0.243904E-24
 Total CV(T):     10.047412 cal/mol/K
 Total CP(T):     12.034617 cal/mol/K
 Total S(T):      54.388112 cal/mol/K
 Thermal correction to U(T):      49.201 kcal/mol    0.078407 a.u.
 Thermal correction to H(T):      49.794 kcal/mol    0.079351 a.u.
 Thermal correction to G(T):      33.578 kcal/mol    0.053510 a.u.

评论已关闭