Phần mềm Gaussian được phát triển đầu tiên vào năm 1970 bởi John Pople và các cộng sự của ông tại trường đại học Carnegie – Mellon. Trong suốt quá trình phát
27
triển Gaussian đã có 19 phiên bản, những phiên bản gần đây như Gaussian 03, Gaussian 09 có khả năng tính toán và tối ưu hóa tốc độ tính toán ngày càng hoàn thiện. Cơ bản một tập tin đầu vào (file input) để Gaussian thực hiện tính toán gồm 4 phần chính: chức năng tính toán, phương pháp sử dụng để tính toán, hệ hàm cơ sở và cấu trúc nguyên tử, phân tử.
Các chức năng tính toán (job type): Gaussian cung cấp nhiều chức năng tính toán. Với những từ khóa cụ thể, người sử dụng sẽ quy định công việc tính toán cho Gaussian.
Phương pháp tính toán (method): Gaussian cung cấp một hệ thống các phương pháp rất hoàn thiện như Hartree Fock, phương pháp lý thuyết nhiễu loạn, phương pháp bán nghiệm, phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT),…
Hệ hàm cơ sở (basic set): Hệ hàm cơ sở là hệ các hàm sóng đã biết dùng để mô tả gần đúng các obital nguyên tử, phân tử. Các hàm này được xây dựng dựa trên hàm sóng đã được giải chính xác của nguyên tử hydro. Hệ hàm cơ sở chuẩn cho tính toán cấu trúc electron là sử dụng sự tổ hợp tuyến tính của các hàm Gauss để thiết lập nên các obital. Hệ hàm cơ sở có kích thước lớn sẽ có tính chính xác hơn. Một cách để tăng kích cỡ của bộ hàm cơ sở là tạo ra nhiều hàm cơ sở hơn cho một nguyên tử. Khi tăng kích cỡ của bộ hàm cơ sở, ta cần thêm các hàm p để xây dựng obital nguyên tử hydro, hàm d để xây dựng các nguyên tử khác… để mô tả sự không đối xứng này.
Cấu trúc nguyên tử, phân tử: Trong Gaussian, cấu trúc nguyên tử, phân tử được thiết lập bao gồm các tên nguyên tử, tọa độ nguyên tử, góc liên kết, khoảng cách giữa các nguyên tử. Có thể thiết lập trực tiếp trên file input của Gaussian để thực hiện chức năng tính toán. Tuy nhiên, khi thực hiện viết thủ công sẽ dẫn đến cấu trúc đó không phù hợp và việc tính toán sẽ không thực hiện được, nên phần mềm Gaussview đã khắc phục được điều này.
Gaussian có khả năng tính trong các lĩnh vực khác nhau:
- Cơ học phân tử: AMBER, trường lực UFF, trường lực DREIDING
- Tính toán bán thực nghiệm: AM1, PM3, CNDO, INDO, MINDO/3, MNDO. - Phương pháp SCF: cấu hình vỏ đóng, cấu hình vỏ mở.
28
- Phương pháp DFT: B3LYP và các hàm lai hóa; các hàm trao đổi PBE, MPW, PW96, Slater, X-anpha, Gill96, TPSS.
- Các hàm tương quan: PBE, TPSS, VWN, PW91, LYP, PL, P86, B95. - ONIOM (QM/MM) phương pháp tính đến ba lớp.
- Phương pháp QCI
- Phương pháp lượng tử hỗn hợp CBS – QB3, CBS – 4, CBS – Q, CBS – Q/APNO, G1, G2, G3, W1 là các phương pháp có độ chính xác cao.
Sử dụng Gaussian có thể tính toán được: - Năng lượng và cấu trúc phân tử
- Năng lượng và cấu trúc các trạng thái chuyển tiếp - Tần số dao động
- Phân tích phổ Raman và phổ hồng ngoại IR - Tính chất nhiệt hóa học
- Năng lượng liên kết và năng lượng phản ứng - Cơ chế phản ứng
- Obitan nguyên tử - Momen lưỡng cực